專利名稱：變換器驅動旋轉機系統(tǒng)、其中使用的旋轉機、變換器以及使用它的電動車輛的制作方法
技術領域：
本發(fā)明，涉及一種變換器(inverter)驅動旋轉機系統(tǒng)、其中使用的旋 轉機、變換器以及使用它的電動車輛。
背景技術：
近年來，以節(jié)能化為目標，在旋轉機的可變速運轉中廣泛使用變換器 電源。但是，在由變換器電源驅動旋轉機的情況下，會產(chǎn)生一般認為因變 換器的急劇的浪涌電壓(surge voltage)導致的旋轉機的絕緣劣化。對于 這中變換器浪涌電壓，以往，通過對旋轉機內(nèi)部的絕緣進行強化等，在旋 轉機一側采取對策。
然而，近年來，混合動力汽車用變換器驅動旋轉機系統(tǒng)中，為了將變 換器驅動旋轉機系統(tǒng)進一步小型化、高效化，逐漸開始關注對變換器內(nèi)部 的直流電壓予以高壓化，并以同一尺寸提升變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的輸出 密度的系統(tǒng)。另外，將來，不僅對引擎進行援助，在旋轉機為主驅動機的 燃料電池汽車或電動汽車中，為了實現(xiàn)變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的小型輕 量、高效化，還進一步考慮實現(xiàn)高壓化的可能性。
但是，若將變換器的直流電壓高壓化，變換器內(nèi)部的IGBT等高速功 率半導體器件對直流電壓進行ON/OFF時產(chǎn)生的浪涌電壓，和該浪涌電壓 從變換器側到達旋轉機端時由旋轉機端放大的浪涌電壓也增大。
對這些高壓浪涌，若想實現(xiàn)旋轉機內(nèi)部的絕緣強化，會導致旋轉機大 型化。
因此， 一般認為除了旋轉機內(nèi)部的絕緣強化，將來，旋轉機外部也需 要采取對浪涌電壓進行抑制的方法。
這里，作為在旋轉機外部抑制浪涌的方法，例如公知有在變換器輸
出端設置正弦波化濾波器或電抗器(reactor)作為抑制線纜(cable)和旋 轉機的浪涌電壓放大現(xiàn)象的手段，來緩和急劇浪涌電壓的上升時間，或者 在旋轉機端設置吸收浪涌電壓的急劇電壓成分的濾波器單元(例如非專利 文獻1)。
另外，近年來，還提出了一種吸收浪涌電壓的線纜(例如，專利文獻1)。
專利文獻1特開2005 — 18365非專利文獻lGAMBICA/REMA:VARIABLE SPEED DRIVES AND MOTORS Motor Insualtion Voltage Stresses Under PWM Inverter Operation:A GAMBICA/REMA Technical Report No.l
然而，如非專利文獻1所記載的那樣，由于設置于變換器輸出端的濾 波器或電抗器串聯(lián)連接在變換器輸出和旋轉機之間，因此需要能流過主驅 動電流的直徑的導體、或不會因主驅動電流飽和的芯截面積。其結果，這 些裝置的箱體尺寸會與變換器和旋轉機等同或者比其更大，存在變換器驅 動旋轉機系統(tǒng)大型化的問題。
另外，如非專利文獻l所記載的那樣，在對旋轉機側設置吸收浪涌電 壓的急劇電壓成分的濾波器單元的情況下，因吸收的急劇電壓會導致單元 發(fā)熱，存在必須通過大型的散熱片等對其進行散熱的問題。
再有，專利文獻l中記載的浪涌電壓吸收線纜中，由于線纜自身吸收 浪涌電壓而發(fā)熱，抑制了線纜的驅動線的導體發(fā)熱量，因此可能不得不抑 制驅動電流。另外，由于浪涌吸收線的末端為高阻或者開路，因此該端部 產(chǎn)生電壓。因此，在高阻部或者開路端部，必須實施專門的絕緣處理，可 能需要對變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的線纜安設作業(yè)人員進行新的專門的絕 緣技術指導以及進行一定技術水準的維護、保障。對于這中問題，雖然能 夠決定好需要的線纜長度、購買并使用預先實施過專門的絕緣處理的線 纜，但一般的工業(yè)設備中，變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的安設目的地的機器配 置、線纜管道的尺寸，經(jīng)常是根據(jù)結構將纏繞于輥筒(drum)的線纜截斷 為任意的長度來使用，存在對安設目的地的自由度造成限制的問題。再有， 即使在安設后，因線纜自身的發(fā)熱、周圍的溫度、濕度、塵土、鹽、振動 等的狀況，可能需要對開路端的絕緣處理部采取絕緣劣化對策或者實施維
護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣可靠性提升的變換器驅動旋轉機系 統(tǒng)、其中使用的旋轉機、其中使用的變換器以及使用它的電動車輛。
(1) 為了達成上述目的，本發(fā)明的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，具有 輸出三相交流電的變換器、通過該變換器的輸出驅動的旋轉機、將上述變 換器的輸出提供給上述旋轉機的線纜，其中具備追加線纜，其一個端部 與旋轉機端連接，另一個末端與電壓固定端連接。
通過該結構，能夠提高絕緣可靠性。
(2) 上述(1)中，優(yōu)選，上述追加線纜的另一端，通過電阻、或電 阻和電容器的組合電路，連接至上述電壓固定端。
(3) 上述(1)中，優(yōu)選，上述追加線纜，是高頻衰減特性大的線纜， 將上述追加線纜的另一末端，直接連接至上述電壓固定端。
(4) 上述(1)中，優(yōu)選，上述電壓固定端，是與連接上述追加線纜 的旋轉機輸入電壓端子同相的變換器電壓輸出端子、上述旋轉機的相同相
的電壓輸入端子、接地(earth)、上述變換器內(nèi)部的直流平滑電容器的端
子、電池端子、上述變換器的輸入側電源線、上述輸入側電源線的中性點 之中的任意一個。
(5) 另外，為了達成上述目的，本發(fā)明的變換器，用于具有輸出三 相交流電的變換器、通過該變換器的輸出驅動的旋轉機、將上述變換器的
輸出提供給上述旋轉機的線纜的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，其中該變換器，
除了連接上述線纜的端子，還具有連接另一線纜的另一端子。 通過該結構，能夠提高絕緣可靠性。
(6) 上述(5)中，優(yōu)選，上述變換器，具有連接至上述另一端子的
電阻或者電阻和電容器的組合電路。
(7) 另外，為了達成上述目的，本發(fā)明的旋轉機，用于具有輸出三 相交流電的變換器、通過該變換器的輸出驅動的旋轉機、將上述變換器的
輸出提供給上述旋轉機的線纜的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，其中該旋轉機，
除了連接上述線纜的端子，還具有連接另一線纜的另一端子。
通過該結構，能夠提高絕緣可靠性。 (8)另外，為了達成上述目的，本發(fā)明的電動車輛，搭載有具有輸 出三相交流電的變換器、通過該變換器的輸出驅動車輪的旋轉機、將上述 變換器的輸出提供給上述旋轉機的線纜的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，其中-具備追加線纜，其一個端部與旋轉機端連接，另一個末端與電壓固定端連 接。
通過該結構，能夠提高絕緣可靠性。


圖1是本發(fā)明的第1實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
圖2是本發(fā)明的第1實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的動作說明圖。
圖3是本發(fā)明的第1實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的動作說明圖。
圖4是本發(fā)明的第2實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
圖5是本發(fā)明的第3實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
圖6是本發(fā)明的第4實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
圖7是本發(fā)明的第5實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
圖8是本發(fā)明的第5實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)中使用的高頻 衰減線纜的特性圖。
圖9是搭載有本發(fā)明的各實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的混合動 力汽車的系統(tǒng)結構圖。
圖10是本發(fā)明的第6實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
圖中BA—電池，CA1—線纜，CA2—追加線纜，C0N1—順變換器，
CON2 —逆變換器，F(xiàn)MG—前部電機'發(fā)電機(^二對、^一夕，generator), INV、 INV， 、 INV1、 INV2 —變換器，IPS —輸入電源，R—電阻，RMG 一后部電機，發(fā)電機。
具體實施例方式
以下，用圖1 圖3，對本發(fā)明的第1實施方式的變換器驅動旋轉機 系統(tǒng)的結構進行說明。這里，對本實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，以 應用于混合動力電動汽車的電機驅動系統(tǒng)為例進行說明。
圖1是本發(fā)明的第1實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構圖。
混合動力電動汽車的電機驅動系統(tǒng)，由前部電機，發(fā)電機FMG、后 部電機'發(fā)電機RMG、電池BA、以及變換器INV構成。
變換器INV，由2個變換器INV1、 INV2構成。變換器INV1、 INV2 的結構相同。變換器INV1、 INV2，分別由功率模塊PM1、 PM2、驅動器 單元DU1、 DU2構成。驅動器單元DU1、 DU2，由電機控制單元MCU控 制。功率模塊PM1、 PM2中，被從電池BA供給直流電，變換器INV1、 INV2，分別轉換為交流電后提供給電機'發(fā)電機FMG、 RMG。另外，電 機、發(fā)電機FMG、 RMG作為發(fā)電機工作時，發(fā)電機的輸出由變換器INV1、 INV2變換為直流電，存儲在電池BA中。
變換器INV1的功率模塊PM1，由6個臂構成，將從作為車載用直流 電源的電池BA供給的直流變換為交流后，對作為旋轉機的電機 發(fā)電機 FMG、 RMG供電。
U相、V相、W相的各個相的上臂(P)和下臂(N)，分別被串聯(lián) 連接。U相、V相、W相的每一上臂的各個集電極端子(在使用電力用 MOS—FET的情況下為漏極端子)，連接于電池BA的正極側。另一方面， U相、V相、W相的每一下臂的各個發(fā)射極端子(在電力用MOS—FET 的情況下為源極端子)，連接于電池BA的負極側。
U相上臂的發(fā)射極端子(電力用MOS—FET的情況下為源極端子) 與U相下臂的集電極端子(電力用MOS—FET的情況下為漏極端子)的 連接點，連接于電機'發(fā)電機FMG(RMG)的U相端子，流有U相電流。
電樞繞組(永磁式同步電機的定子繞組)為Y接線的情況下，流有U相
繞組的電流。V相上臂的發(fā)射極端子(電力用MOS—FET的情況下為源 極端子)與V相下臂的集電極端子(電力用MOS—FET的情況下為漏極 端子)的連接點，連接于電機，發(fā)電機FMG (RMG)的V相電樞繞組(定 子繞組)的V相端子，流有V相電流。定子繞組為Y接線的情況下，流 有V相繞組的電流。W相上臂的發(fā)射極端子(電力用MOS—FET的情況 下為源極端子)與W相下臂的集電極端子(電力用MOS—FET的情況下 為漏極端子)的連接點，連接于電機'發(fā)電機FMG (RMG)的W相端子。 在定子繞組為Y接線的情況下，流有W相繞組的電流。將從電池BA供 給的直流電轉換為交流電后，提供給構成電機 發(fā)電機FMG (RMG)的 定子的U相、V相、W相這三相的定子線圈，這樣，通過由在三相的定 子線圈中流動的電流而產(chǎn)生的勵磁力，轉子旋轉驅動。
功率模塊PM1的6個臂，使用IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor: 絕緣柵極雙極晶體管)作為半導體的開關元件。作為半導體的開關元件， 除了 IGBT以外，還可以使用電力用MOS — FET ( Metal Oxide Semiconductor—Field Effect Transistor)。
IGBT具有動作速度快的優(yōu)點。以往，由于電力用MOS—FET能使用 的電壓較低，因此高壓用的變換器用IGBT制成。但是，進來電力用MOS 一FET所能使用的電壓提高，車輛用變換器使哪中作為半導體開關元件 均可。電力用MOS—FET的情況下，具有半導體的結構比IGBT更為簡單， 半導體的制造工序比IGBT更少的優(yōu)點。
由電機控制單元MCU，控制產(chǎn)生柵極信號的驅動器單元DU1、 DU2， 柵極信號被從各相的驅動器單元提供給各相的半導體開關元件。通過該柵 極信號，控制各個臂的導通、不導通(截止)。其結果，被供給的直流轉 換為三相交流。
圖l所示的結構中， 一般來說，前部電機'發(fā)電機FMG、電池BA、 變換器INV，配置在混合動力電動汽車的車體前部的引擎室內(nèi)。另一方面， 后部電機*發(fā)電機RMG，配置在位于后輪車軸的中央附近的差速齒輪的 附近。
因此，由于變換器INV2與后部電機"發(fā)電機RMG分離，因此由變
換器INV2生成的三相交流電壓，通過線纜CA1提供給后部電機，發(fā)電機 謹G。
變換器INV的外殼INV—C上，設置有變換器輸出端子0T1。變換器 輸出端子0T1，由U相輸出端子、V相輸出端子、W相輸出端子、接地 端子這4個端子構成。外殼INV—C的內(nèi)部，U相輸出端子，連接于功率 模塊PM2的U相上臂與U相下臂的連接點，V相輸出端子，連接于功率 模塊PM2的V相上臂與V相下臂的連接點，W相輸出端子，連接于功率 模塊PM2的W相上臂與W相下臂的連接點。接地端子，連接于接地電位。
另一方面，后部電機，發(fā)電機RMG，具有電機外殼RMG—C。電機 外殼RMG—C上，設置有電機輸入端子IT1。電機輸入端子IT1，由U相 輸入端子、V相輸入端子、W相輸入端子、接地端子這4個構成。電機外 殼RMG—C的內(nèi)部中，U相輸入端子連接于后部電機.發(fā)電機RMG的U 相線圈，V相輸入端子連接于后部電機'發(fā)電機RMG的V相線圈，W相 輸入端子連接于后部電機，發(fā)電機RMG的W相線圈。接地端子，連接于 接地電位。
線纜CA1，是具有4芯線纜的一般電特性的線纜。線纜CA1的一端， 連接于變換器INV的外殼INV—C的變換器輸出端子0T1，另一端，連接 于后部電機 發(fā)電機RMG的電機外殼RMG—C的電機輸入端子IT1。線 纜CA1的長度，例如為2 3m。
本實施方式中，進一步為了應對浪涌電壓，而具有追加線纜CA2、三 相份的電阻RU、 RV、 RW。追加線纜CA2也是4芯的線纜，與線纜CA1 為相同額定電壓、高頻損耗，是比線纜CA1更細的線纜。追加線纜CA2 的一個端部，連接于旋轉機端即電機外殼RMG—C的電機輸入端子IT1， 另一個端部，連接于電壓固定端即變換器INV的外殼INV—C的變換器追 加端子AT1。追加端子AT1，由U相追加端子、V相追加端子、W相追 加端子、接地端子這4個構成。追加線纜CA2的4芯線纜，分別將電機 輸入端子IT1的U相輸入端子、V相輸入端子、W相輸入端子、接地端子， 與追加端子ATI的U相追加端子、V相追加端子、W相追加端子、接地 端子對應連接。追加端子AT1的U相追加端子，通過電阻RU，連接于外 殼INV—C的變換器輸出端子0T1的U相輸出端子；V相追加端子，通
過電阻RV，連接于外殼INV—C的變換器輸出端子0T1的V相輸出端子； W相追加端子，通過電阻RW，連接于外殼INV—C的變換器輸出端子 OTl的W相輸出端子。追加端子AT1的接地端子，不通過電阻，直接連 接至變換器輸出端子0T1的接地端子。
艮P，本實施方式中，其特征在于對連接變換器INV2與后部電機*發(fā) 電機RMG的線纜CA1，并聯(lián)地連接追加線纜CA2和電阻的串聯(lián)電路。追 加線纜CA2和電阻的串聯(lián)電路，連接于旋轉機端和電壓固定端之間。
接著，用圖2及圖3，對本實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的動作 進行說明。
圖2及圖3，為本發(fā)明的第1實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的動 作說明圖。
設圖2所示的變換器INV的輸出電壓，在時刻t0中從電壓0V逐步變 化到電壓V1。此時，階狀電壓的上升時間為O.lps左右，其結果，產(chǎn)生1 10MHz左右的高頻帶的浪涌電壓。
從變換器INV提供給后部電機 發(fā)電機RMG的電壓信號，有兩中。 第1中是，后部電機 發(fā)電機RMG的驅動中利用的較低頻率的驅動用電 壓信號。后部電機 發(fā)電機RMG的驅動中利用的較低頻率的驅動用電壓 信號，主要通過線纜CA1提供給后部電機，發(fā)電機RMG。
第2中是，上述的高頻帶的浪涌電壓信號。從變換器INV提供給后部 電機 發(fā)電機RMG的高頻帶的浪涌電壓信號，經(jīng)3中路徑提供給后部電 機，發(fā)電機RMG。以下，對該浪涌電壓的動作進行說明。
首先，對沒有本實施方式中的追加線纜CA2和電阻R的情況進行說 明。此時，線纜CA1的阻抗(impedance)小至30 100Q，與此相對，后 部電機 發(fā)電機RMG的阻抗大至數(shù)kQ。因此，后部電機，發(fā)電機RMG 的輸入端、即旋轉機端中，由于存在阻抗的不匹配，因此要輸入旋轉機端 的電壓信號會被旋轉機端反射。若設浪涌電壓的電壓為VI (例如，300V)， 則由于后部電機，發(fā)電機RMG的輸入端中，除了浪涌電壓的電壓V1，還 被施加因旋轉機端處的反射導致的浪涌電壓(該電壓值，與浪涌電壓的電 壓值VI相等)，因此后部電機 發(fā)電機RMG的輸入端中輸入的浪涌電 壓，為電壓V1的2倍(例如，600V)。
另一方面，本實施方式中，通過具備追加線纜CA2和電阻R，從變換 器INV提供給后部電機 發(fā)電機RMG的高頻帶的浪涌電壓信號，經(jīng)3 中的路線Xa、 Xb、 Xc，提供至后部電機.發(fā)電機RMG。這里，追加線纜 CA2的阻抗，與線纜CA1的阻抗相等，設為Z0 (例如，。設電阻 R的電阻值例如為100Q。
路徑Xa，是從變換器INV經(jīng)線纜CA1到達后部電機 發(fā)電機RMG 的輸入端的路徑。路徑Xb，是從變換器INV經(jīng)追加線纜CA2到達后部電 機 發(fā)電機RMG的輸入端的路徑。
這里，線纜C1上，連接有追加線纜CA2，由于兩者的阻抗相等，因 此不會像沒有追加線纜CA2的情況那樣，發(fā)生旋轉機端中的反射，通過 路徑Xa到來的電壓信號，經(jīng)過追加線纜CA2到達電阻R，由電阻R反射 后，到達后部電機，發(fā)電機RMG的輸入端，這是路徑Xc。
浪涌電壓為電壓VI的情況，從路徑Xa到后部電機'發(fā)電機RMG的 輸入端的電壓為V1。另外，從路徑Xb到后部電機.發(fā)電機RMG的輸入 端的電壓，由電阻R和追加線纜CA2的阻抗分壓，例如，若設電阻R為 100Q,追加線纜CA2的阻抗為50Q，則為(V1/3)。若設線纜CA1與追 加線纜CA2的傳送延遲相等，則時刻tl中，從路徑Xa與路徑Xb傳送的 浪涌電壓重疊得到的信號，作為電壓V2的信號出現(xiàn)。時間(t2—tl)，為 線纜CA1與追加線纜CA2的傳送延遲。浪涌電壓V2，為V1十(V1/3) =1.33 VI。
再有，經(jīng)過路徑Xc的浪涌電壓V3，由于在電阻R的輸入端，因追加 線纜CA2的阻抗(50Q)和電阻R的電阻值(100Q)的阻抗不匹配，而 產(chǎn)生V1/3的反射波，為(4/3) VI。另外，由于傳送延遲，在時刻t2出現(xiàn)。
圖3表示將電阻R的電阻值多次改變時的旋轉機端的浪涌電壓的變 化。由路徑Xa、 Xb產(chǎn)生的電壓V2，如單點劃線所示，隨電阻值R增大 而減少。由路徑Xc產(chǎn)生的電壓V3，如虛線所示，隨電阻值R增大而增加。 由于電壓V2、 V3之內(nèi)，較大一方為最大浪涌電壓，因此可知，讓最大浪 涌電壓最小的是，將線纜CA1和追加線纜CA2的阻抗ZO設為50Q時， 將電阻R的電阻值設為IOOQ時，此時的最大浪涌電壓，為(4/3) VI。
在以往的不使用追加線纜和電阻的情況下，若設V1為300V，則浪涌 電壓的最大值為600V，與此相對，本實施方式中，能夠降低至400V。因 此，例如，若設后部電機，發(fā)電機RMG的耐浪涌電壓為600V，則由于即 使將變換器的直流電壓高壓化至1.5倍，旋轉機外部也能抑制浪涌電壓， 因此不需要對旋轉機的內(nèi)部實施絕緣強化，就能夠提高絕緣性。
如上所述，由于后部電機 發(fā)電機RMG的驅動中使用的較低頻率的 驅動用的電壓信號，經(jīng)路徑Xa、即經(jīng)線纜CA1提供給后部電機，發(fā)電機 RMG，因此線纜CA1的線芯(core wire)設得較粗。例如，設截面積為 14miT^左右。另一方面，追加線纜CA2的線芯可以比其細一些，例如設 為截面積為0.75mm2左右。
如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式，可以抑制旋轉機端的電壓放大， 實現(xiàn)旋轉機外部的浪涌電壓抑制。特別是，本實施方式中，由于可將線纜 的長度結合安設現(xiàn)場和系統(tǒng)來改變，因此即使一般的變換器驅動旋轉機系 統(tǒng)的線纜安設作業(yè)人員也能夠容易地安設。另外，作為線纜，由于能夠使 用一直以來就用于變換器驅動的線纜，因此系統(tǒng)的絕緣可靠性高。通過將 以上的旋轉機外部的浪涌電壓抑制法與旋轉機內(nèi)部的浪涌電壓應對方法 組合，能夠與以往相比將變換器電壓進一步高壓化，將變換器驅動旋轉機 系統(tǒng)小型化、高效化。
接著，用圖4，對本發(fā)明的第2實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的 結構進行說明。
本實施方式中，作為線纜CA，使用的是圖1中的線纜CA1和追加線 纜CA2收納在同一線纜外皮(sheath)內(nèi)得到的復合線纜。
根據(jù)本實施方式，能夠將變換器電壓高壓化，并將變換器驅動旋轉機 系統(tǒng)小型、高效化。另外，由于使用單一的線纜，因此可容易地進行線纜 安設。
接著，使用圖5，對本發(fā)明的第3實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng) 的結構進行說明。
圖5為本發(fā)明的第3實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構 圖。另外，與圖l相同的符號，表示相同的部分。
本實施方式中，追加線纜CA2的一個端部，連接于旋轉機端、即電 機外殼RMG—C的電機輸入端子IT1，另一個端部，分別通過電阻RU、 RV、 RW連接至電壓固定端、即電機外殼RMG—C的相同相的電機輸入 端子IT1。追加線纜CA2的另一端部，連接至電機外殼RMG—C的電機 追加端子AT2。追加端子AT2的U相追加端子，通過電阻RU連接至電 機輸入端子IT1的U相輸入端子；V相追加端子，通過電阻RV連接至電 機輸入端子IT1的V相輸入端子；W相追加端子，通過電阻RW連接至 電機輸入端子IT1的W相輸入端子。追加端子AT2的接地端子，不通過 電阻，而直接連接至電機輸入端子IT1的接地端子。
根據(jù)本實施方式，也能抑制旋轉機端的電壓放大，能夠實現(xiàn)旋轉機外 部的浪涌電壓抑制，與以往相比能夠進一步將變換器電壓高壓化，將變換 器驅動旋轉機系統(tǒng)小型、高效化。
接著，用圖6，對本發(fā)明的第4實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的 結構進行說明。
圖6為本發(fā)明的第四實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構 圖。另外，與圖l相同的符號表示同一部分。
本實施方式中，追加線纜CA2的一個端部，連接至旋轉機端、即電 機外殼RMG—C的電機輸入端子IT1，另一端部，分別通過電阻RU、RV、 RW和電容器CU、 CV、 CW的串聯(lián)電路，連接至電壓固定端即接地電位。 追加線纜CA2的另一端部，連接至變換器外殼INV—C的追加端子ATI 。 追加端子ATI的U相追加端子，通過電阻RU和電容器CU的串聯(lián)電路， 連接至接地電位；V相追加端子，通過電阻RV和電容器CV的串聯(lián)電路， 連接至接地電位；W相追加端子，通過電阻RW和電容器CW的串聯(lián)電 路，連接至接地電位。追加端子AT1的接地端子，不通過電阻，而直接連 接至接地電位。
通過本實施方式，也能夠抑制旋轉機端的電壓放大，能夠實現(xiàn)旋轉機 外部的浪涌電壓抑制，與以往相比，能夠進一步將變換器電壓高壓化，將 變換器驅動旋轉機系統(tǒng)小型、高效化。
以上，圖l、圖5、圖6中的特征在于追加線纜CA2的一個端部， 連接至旋轉機端即電機外殼RMG—C的電機輸入端子IT1，另一個端部連 接至電壓固定端。這里，所謂電壓固定端，是變換器INV的外殼INV—C 的變換器追加端子AT1 (圖1)、電機外殼RMG — C的相同相的電機輸入
端子IT1 (圖5)、接地電位(圖6)等，除此之外，作為電壓固定端，還 可例如為變換器內(nèi)部的直流平滑電容器的端子(圖1的端子P、 N)、蓄 電池BA的端子(與圖1的端子P、 N等同)、變換器的輸入側電源線(與 圖1的端子P、 N等同)，輸入側電源線的中性點。對于與圖1的端子P、 N等同的端子，如圖6中說明的那樣，追加線纜的另一端上，連接電阻和 電容器的串聯(lián)電路。另夕卜，例如三相電壓的情況下，能夠將在3根電線的 前端A型或者Y型連接電容器而制成的虛擬中性點，作為電壓固定端來使 用。
接著，用圖7及圖8，對本發(fā)明的第5實施方式的變換器驅動旋轉機 系統(tǒng)的結構進行說明。
圖7為本發(fā)明的第5實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構 圖。另外，與圖l相同的符號，表示同一部分。圖8為本發(fā)明的第5實施 方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)中使用的高頻衰減線纜的特性圖。
如圖7所示，本實施方式中，作為追加線纜，使用高頻衰減線纜H— CA2，其一個端部，連接至旋轉機端即電機外殼RMG—C的電機輸入端子 IT1，另一個端部，不通過電阻或電容器，分別直接連接至電壓固定端即 變換器INV的外殼INV—C的變換器輸出端子0T1的相同相上。
這里，如圖8所示，高頻衰減線纜H—CA2，例如，可使用具有在lMHz 的頻率衰減3dB的特性的線纜。另外，高頻衰減線纜H—CA2，如圖4所 示，可使用與線纜CA1合并的線纜。
通過本實施方式，也能夠抑制旋轉機端的電壓放大，實現(xiàn)旋轉機外部 的浪涌電壓抑制，與以往相比能夠進一步將變換器電壓高壓化，將變換器 驅動旋轉機系統(tǒng)小型、高效化。
接著，用圖9對搭載有本發(fā)明的各實施方式中的變換器驅動旋轉機系 統(tǒng)的混合動力汽車的結構進行說明。
圖9為搭載有本發(fā)明的各實施方式中的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的混合 動力汽車的系統(tǒng)結構圖。另外，與圖l相同的符號表示相同的部分。
混合動力電動汽車，是由作為內(nèi)燃機的引擎EN、以及由上述的變換 器驅動電機系統(tǒng)的前側電機 發(fā)電機FMG驅動前輪WH—F，由后側電 機，發(fā)電機RMG驅動后輪WH—R的四輪驅動式的汽車。另外，本實施
方式中，以引擎EN和前側電機，發(fā)電機FMG驅動前輪WH—F，由后側 電機 發(fā)電機RMG驅動后輪WH—R的情況為例進行說明，但也可讓引 擎EN和實施例1 5的前側電機，發(fā)電機FMG驅動后輪WH—R，讓后 側電機 發(fā)電機RMG驅動前輪WH—F。前輪WH—F的前輪車軸DS—F中，通過前側差速裝置FDF機械連 接有變速機TM。變速機TM.上，通過輸出控制機構(未圖示)機械連接 有引擎EN和電機，發(fā)電機MG。輸出控制機構(未圖示)，是負責旋轉 輸出的合成和分配的機構。前側電機，發(fā)電機MG的定子繞組，電連接于 變換器INV的交流側。變換器INV，是將直流電轉換為三相交流電的電力 變換裝置，是對電機 發(fā)電機MG的驅動進行控制的裝置。變換器INV 的直流側，電連接于電池BA上。
后輪WH—R的后輪車軸DS—R1、 DS—R2上，通過后側差速裝置 RDF和后側減速機RG機械連接有后側電機，發(fā)電機RMG。后側電機，發(fā) 電機RMG的定子繞組，電連接于變換器INV的交流側。這里，變換器INV， 是對前側電機 發(fā)電機MGF和后側電機 發(fā)電機RMG共用的裝置，具 有電機*發(fā)電機MG用的變換電路部、后側電機，發(fā)電機RMG的變換 電路部、以及用于驅動它們的驅動控制部。
混合動力電動車的起步時以及低速行駛時(引擎EN的運轉效率(燃 費)較低的行駛區(qū)域)，由前側電機，發(fā)電機FMG驅動前輪WH—F。另 外，本實施例中，以在混合動力電動車的起步時以及低速行駛時，由前側 電機 發(fā)電機FMG驅動前輪WH—F的情況為例進行說明，但是，也可 以由前側電機，發(fā)電機FMG驅動前輪WH—F，由后側電機'發(fā)電機RMG 驅動后輪WH—R (也可四輪驅動行駛)。變換器INV中，被從電池BA 供給直流電。被供給的直流電，由變換器INV變換為三相交流電。這樣， 所得到的三相交流電，被提供給前側電機 發(fā)電機FMG的定子繞組。這 樣，前側電機，發(fā)電機FMG受到驅動，產(chǎn)生旋轉輸出。該旋轉輸出，通 過輸出控制機構(未圖示)輸入到變速機TM中。輸入的旋轉輸出，通過 變速機TM變速，并被輸入到差速裝置FDF中。所輸入的旋轉輸出，由差 速裝置FDF分配至左右，分別傳遞至前輪WH—F的一方的前輪車軸DS 一F和前輪WH—F的另一方的前輪車軸DS—F。這樣，前輪車軸DS—F
受到旋轉驅動。然后，通過前輪車軸DS—F的旋轉驅動，前輪WH—F受 到旋轉驅動。
混合動力電動汽車的正常行駛時(在干燥路面行駛的情況，即引擎 EN的運轉效率(燃費)良好的行駛區(qū)域)，由引擎EN驅動前輪WH—F。 因此，引擎EN的旋轉輸出，通過輸出控制機構(未圖示)輸入至變速機 TM。所輸入的旋轉輸出，通過變速機TM變速。變速的旋轉輸出，通過 前側差速裝置FDF傳遞至前輪車軸DS—F。這樣，前輪WH—F受到旋轉 驅動。另外，檢測出電池BA的充電狀態(tài)，在需要對電池BA進行充電的 情況下，將引擎EN的旋轉輸出，通過輸出控制機構(未圖示)分配至前 側電機，發(fā)電機FMG，對前側電機'發(fā)電機FMG進行旋轉驅動。這樣， 前側電機，發(fā)電機FMG作為發(fā)電機動作。通過該動作，前側電機，發(fā)電 機FMG的定子繞組中產(chǎn)生三相交流電。所產(chǎn)生的三相交流電，通過變換 器INV變換為給定的直流電。通過該變換得到的直流電，被提供給電池 BA。這樣，電池BA被充電。
混合動力電動汽車在四輪驅動行駛(在雪地等低p路面行駛時，即引 擎EN的運轉效率(燃費)良好的行駛區(qū)域)，通過后側電機，發(fā)電機RMG 驅動后輪WH—R。另外，與上述正常行駛時同樣，通過引擎EN驅動前 輪WH—F。再有，由于因后側電機'發(fā)電機RMG的驅動電池BA的蓄電 量減少，因此與上述通常行駛時同樣，通過引擎EN的旋轉輸出對前側電 機，發(fā)電機FMG進行旋轉驅動，來對電池BA進行充電。為了通過后側 電機 發(fā)電機RMG驅動后輪WH—R，變換器INV中被從電池BA供給 直流電。所供給的直流電，通過變換器INV變換為三相交流電。通過該變 換得到的交流電，被提供給后側電機'發(fā)電機RMG的定子繞組。這樣， 后側電機，發(fā)電機RMG受到驅動，產(chǎn)生旋轉輸出。所產(chǎn)生的旋轉輸出， 由后側減速機RG減速，并輸入到差速裝置RDF中。所輸入的旋轉輸出， 由差速裝置RDF分配至左右，分別傳遞至后輪WH—R的一方的后輪車軸 DS—R1、 DS—R2，以及后路WH—R的另一方的后輪車軸DS—Rl、 DS 一R2。這樣，后輪車軸DS—F4受到旋轉驅動。然后，通過后輪車軸DS 一R1、 DS—R2的旋轉驅動，后輪WH—R受到旋轉驅動。
混合動力電動汽車在加速時，通過引擎EN和前側電機'發(fā)電機FMG 驅動前輪WH—F。另外，第4實施例中，雖然以混合動力電動汽車在加 速時，通過引擎EN和前側電機'發(fā)電機FMG驅動前輪WH—F的情況進 行了說明，但也可通過引擎EN和前側電機 發(fā)電機FMG驅動前輪WH 一F，以后側電機 發(fā)電機RMG驅動后輪WH—R (也可進行四輪驅動行 駛)。引擎EN和前側電機，發(fā)電機FMG的旋轉輸出，通過輸出控制機 構(未圖示)輸入至變速機TM。所輸入的旋轉輸出，由變速機TM變速。 變速后的旋轉輸出，通過差速裝置FDF傳遞至前輪車軸DS—F。這樣， 前輪WH—F受到旋轉驅動。
混合動力電動汽車在再生時(踩下剎車時、緩踩油門時、或者松開油 門時等的減速時)，前輪WH—F的旋轉輸出，通過前輪車軸DS—F、差 速裝置FDF、變速機TM、輸出控制機構(未圖示)，傳遞至前側電機，發(fā) 電機FMG，對前側電機發(fā)電機FMG進行旋轉驅動。這樣，前側電機，發(fā) 電機FMG作為發(fā)電機工作。通過該動作，前側電機"發(fā)電機FMG的定子 繞組中產(chǎn)生三相交流電。所產(chǎn)生的三相交流電，由變換器INV變換為給定 的直流電。通過該變換所得到的直流電被提供給電池BA。這樣，電池BA 被充電。另一方面，將后輪WH—R的旋轉輸出，通過后輪車軸DS—R1、 DS—R2、車輛用輸出傳遞裝置100的差速裝置RDF、減速機RG，傳遞至 后側電機，發(fā)電機RMG，對后側電機，發(fā)電機RMG進行旋轉驅動。這樣， 后側電機*發(fā)電機RMG作為發(fā)電機動作。通過該動作，后側電機，發(fā)電 機RMG的定子繞組中產(chǎn)生三相交流電。所產(chǎn)生的三相交流電，被變換器 INV變換為給定的直流電。通過該變換所得到的直流電，被提供給電池 BA。這樣，電池BA被充電。
在使用本例的變換器驅動系統(tǒng)的情況下，由于能夠抑制高壓浪涌，因 此能夠將旋轉電機的絕緣緊湊、低成本化，實現(xiàn)旋轉電機對車輛的搭載的 空間節(jié)省化，因此，能夠有利于車輛的小型化、輕量化以及低成本化。
接著，用圖10，對本發(fā)明的第6實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的 結構進行說明。這里，以將本實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)應用于一 般通用系統(tǒng)中為例進行說明。
圖10是本發(fā)明的第6實施方式的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)的系統(tǒng)結構 圖。另外，與圖l相同的符號，表示相同的部分。
本實施方式的一般通用變換器驅動系統(tǒng)，由輸入電源IPS、變換器
INV'和旋轉機M構成。
輸入電源IPS，具有輸入側電源變壓器PST1 、輸出側電源變壓器PST2， 例如，將6600V的三相高壓電變換為220V的三相低壓電，并提供給變換 器雨'。
變換器INV，，由順變換器C0N1、逆變換器CON2、平滑電容器C1、 C2構成。順變換器C0N1，將從輸入電源IPS輸入的三相交流電變換為直 流電，由二極管等構成。逆變換器CON2，將直流電變換為三相交流電， 例如，像圖1的變換器INV1、 INV2那樣構成。
由逆變換器CON2生成的三相交流電壓，通過線纜CA1提供給旋轉 機M。變換器INV，的外殼INV—C上，設置有變換器輸出端子0T1。變 換器輸出端子0T1，由U相輸出端子、V相輸出端子、W相輸出端子、 接地端子這4個構成。外殼INV—C的內(nèi)部，U相輸出端子連接至逆變換 器CON2的U相上臂與U相下臂的連接點，V相輸出端子連接至逆變換 器CON2的V相上臂與V相下臂的連接點，W相輸出端子連接至逆變換 器CON2的W相上臂與W相下臂的連接點。接地端子，連接至接地電位。
另一方面，旋轉機M，具有電機外殼M—C。電機外殼M—C中，設 有電機輸入端子IT1。電機輸入端子IT1，由U相輸入端子、V相輸入端 子、W相輸入端子、接地端子這4個構成。電機外殼M—C的內(nèi)部，U相 輸入端子連接至旋轉機M的U相線圈，V相輸入端子連接至旋轉機M的 V相線圈，W相輸入端子連接至旋轉機M的W相線圈。接地端子，連接 至接地電位。
線纜CA1，是具有4芯線纜的一般電特性的線纜。線纜CA1的一端， 連接至變換器INV'的外殼INV—C的變換器輸出端子0T1，另一端，連 接至旋轉機M的電機外殼M—C的電機輸入端子IT1 。
本實施方式中，為了實施浪涌電壓的對策，還具有追加線纜CA2、三 相份的電阻RU、 RV、 RW。追加線纜CA2，也是具有4芯線纜的一般電 特性的線纜。追加線纜CA2的一個端部，連接至旋轉機端、即電機外殼 M—C的電機輸入端子IT1，另一個端部，連接至電壓固定端、即變換器 INV，的外殼INV—C的變換器追加端子AT1。追加端子AT1，由U相追
加端子、V相追加端子、W相追加端子、接地端子這4個構成。追加線纜 CA2的4芯線纜，分別將電機輸入端子IT1的U相輸入端子、V相輸入端 子、W相輸入端子、接地端子，與追加端子ATI的U相輸入端子、V相 輸入端子、W相輸入端子、接地端子對應連接。追加端子AT1的U相追 加端子，通過電阻RU，連接至外殼INV—C的變換器輸出端子0T1的U 相輸出端子；V相追加端子，通過電阻RV連接至外殼INV—C的變換器 輸出端子OTl的V相輸出端子；W相追加端子，通過電阻RW連接至外 殼INV — C的變換器輸出端子0T1的W相輸出端子。追加端子ATI的接 地端子，不通過電阻，而直接連接至變換器輸出端子0T1的接地端子。
艮P，本實施方式的特征在于對連接變換器INV2，和旋轉機M的線 纜CA1，并聯(lián)地連接追加線纜CA2和電阻的串聯(lián)電路。追加線纜CA2與 電阻的串聯(lián)電路，連接在旋轉機端和電壓固定端之間。這里，作為電壓固 定端，除了變換器INV'的外殼INV—C的變換器追加端子AT1、電機外 殼M—C的相同相的電機輸入端子IT1、接地電位等之外，還有變換器內(nèi) 部的直流平滑電容器的端子(圖10的電容器C1、 C2的兩端)，變換器的 輸入側電源線(圖10的輸入電源IPS與變換器INV'之間的電源線)、 以及輸入側電源線的中性點(圖10的電源變壓器PST1、PST2的中性點)。
通過本實施方式，也能夠抑制旋轉機端的電壓放大，實現(xiàn)旋轉機外部 的浪涌電壓抑制，與以往相比能夠將變換器電壓進一步高壓化，將變換器 驅動旋轉機系統(tǒng)小型、高效化。
另外，本發(fā)明的變換器旋轉機驅動系統(tǒng)，可以應用于電動汽車、混合 動力電動汽車等汽車用機器，鋼鐵、鍛壓、風扇、泵機等工業(yè)用機器，此 外還有鐵路、可變速發(fā)電機等，使用變換器來驅動旋轉機的系統(tǒng)中。
權利要求
1.一種變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，具有輸出三相交流電的變換器、通過該變換器的輸出驅動的旋轉機、將上述變換器的輸出提供給上述旋轉機的線纜，其中具備追加線纜，其一個端部與旋轉機端連接，另一個末端與電壓固定端連接。
8. —種電動車輛，搭載有具有輸出三相交流電的變換器、通過該變 換器的輸出驅動車輪的旋轉機、將上述變換器的輸出提供給上述旋轉機的 線纜的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，其中具備追加線纜，其一個端部與旋轉機端連接，另一個末端與電壓固定 端連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣可靠性提高的變換器驅動旋轉機系統(tǒng)，其中使用的旋轉機、其中使用的變換器、以及使用它的電動車輛。變換器(INV)的三相交流電，通過線纜(CA1)提供給后部電機發(fā)電機(RMG)。追加線纜(CA2)的一個端部，連接至旋轉機端、即電機外殼(RMG-C)的電機輸入端子(IT1)，另一個端部，通過電阻(R)連接至電壓固定端、即變換器(INV)的外殼(INV-C)的變換器追加端子(AT1)。
文檔編號H02P27/00GK101098110SQ20071011218
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權日2006年6月26日
發(fā)明者安原隆, 小泉孝行, 尾畑功治, 松延豐 申請人:株式會社日立制作所