(57)【要約】【課題】複数の負荷に流れる共振電流を制限する。【解決手段】電力供給装置１００は、第１のコネクタＰｐ１、Ｐｎ１を介して負荷２６に接続される直流電圧源１０と、前記第１のコネクタから分岐する配線５２ｐ、５２ｎ及び第２のコネクタＰｐ２、Ｐｎ２を介して前記直流電圧源に接続される第１のフィルタユニット３２と、前記第１のフィルタユニットを介して前記直流電圧源から電力の供給を受ける第１の電力変換器１２と、前記第２のコネクタから分岐する配線５６ｐ、５６ｎを介して前記直流電圧源から接続される第２のフィルタユニット３４と、前記第２のフィルタユニットを介して前記直流電圧源から電力の供給を受ける第２の電力変換器１４と、前記直流電圧源と前記第１のフィルタユニットと間のコネクタに接続された共振電流制限装置４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給装置（１００、１０１、１０２）であって、
第１のコネクタ（Ｐｐ１、Ｐｎ１）を介して負荷（２６）に接続される直流電圧源（１０）と、
前記第１のコネクタから分岐する配線（５２ｐ、５２ｎ）及び第２のコネクタ（Ｐｐ２、Ｐｎ２）を介して前記直流電圧源に接続される第１のフィルタユニット（３２）と、
前記第１のフィルタユニットを介して前記直流電圧源から電力の供給を受ける第１の電力変換器（１２）と、
前記第２のコネクタから分岐する配線（５６ｐ、５６ｎ）を介して前記直流電圧源から接続される第２のフィルタユニット（３４）と、
前記第２のフィルタユニットを介して前記直流電圧源から電力の供給を受ける第２の電力変換器（１４）と、
前記直流電圧源と前記第１のフィルタユニットと間のコネクタに接続された共振電流制限装置（４０）と、
を備える電力供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給装置であって、
前記共振電流制限装置は、前記第１のコネクタに接続されている、電力供給装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力供給装置であって、
前記共振電流制限装置は、前記第２のコネクタに接続されている、電力供給装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力供給装置であって、
前記共振電流制限装置は、
前記共振電流制限装置に掛かる電圧を検出する電圧検出手段（４２）と、
制限対象の電力変換器の共振周波数における電圧成分を求めるバンドパスフィルタ（４４）と、
前記電圧成分と、前記制限対象の電力変換器のインピーダンスとを用いて電流の制限値を算出する電流制限値算出部（４８）と、
前記制限対象の電力変換器に流れる電流が前記電流の制限値以下となるように前記共振電流制限装置を制御する信号を生成するＰＷＭ信号生成部（５０）と、
を備える、電力供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力供給装置であって、
前記共振電流制限装置は、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器の共振周波数が重なる周波数帯域において、前記第１の電力変換器のインピーダンスと前記第２の電力変換器のインピーダンスとのうちの小さい方のインピーダンス（Ｚｉｎ＿ｍｉｎ＊）を用いて、前記制限対象の電力変換器に流れる電流が前記電流の制限値以下となるように前記共振電流制限装置を制御する、電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電力供給装置とその共振電流制限装置が開示されている。この共振電流制限装置は、アクティブフィルタをコンバータ・インバータ間のＤＣリンクに並列接続する。そして、共振電流検出器でＤＣリンクの共振電流を検出し、この共振電流を相殺するようにアクティブフィルタの入力電流を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８０１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１には、アクティブフィルタの具体的な設置点が示されていない。そのため、複数のインバータ、コンバータを有する電力供給装置に適用する場合、複数のインバータ、コンバータ間の共振を抑制できない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、電力供給装置（１００、１０１、１０２）が提供される。この電力供給装置は、第１のコネクタ（Ｐｐ１、Ｐｎ１）を介して負荷（２６）に接続される直流電圧源（１０）と、前記第１のコネクタから分岐する配線（５２ｐ、５２ｎ）及び第２のコネクタ（Ｐｐ２、Ｐｎ２）を介して前記直流電圧源に接続される第１のフィルタユニット（３２）と、前記第１のフィルタユニットを介して前記直流電圧源から電力の供給を受ける第１の電力変換器（１２）と、前記第２のコネクタから分岐する配線（５６ｐ、５６ｎ）を介して前記直流電圧源から接続される第２のフィルタユニット（３４）と、前記第２のフィルタユニットを介して前記直流電圧源から電力の供給を受ける第２の電力変換器（１４）と、前記直流電圧源と前記第１のフィルタユニットと間のコネクタ接続された共振電流制限装置（４０）と、を備える。この形態によれば、共振電流制限装置は、配線が分岐するコネクタに接続されるため、共振電流制限装置のインピーダンスを制限対象の電力変換器に接続されるフィルタユニットのインピーダンスよりも小さくすることができる。その結果、制限対象の電力変換器が複数あっても、それらの電力変換器に流れる共振電流を制限できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】電力供給装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】共振電流制限装置の構成を示す説明図である。
【図３】共振電流制限装置の制御構成を示す説明図である。
【図４】第１の電力変換器の電流特性を示すグラフである。
【図５】第１の電力変換器に対する共振電流制限装置のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図６】第１の電力変換器及び第２の電力変換器の電流特性を示すグラフである。
【図７】第１の電力変換器及び第２の電力変換器に対する共振電流制限装置のインピーダンス特性を示すグラフである。
【図８】共振電流制限装置の設置位置を変更した例を示す説明図である。
【図９】共振電流制限装置の設置位置を変更した他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
・第１実施形態：
図１に示すように、電力供給装置１００は、直流電源１０を電力源とし、各負荷２２、２４、２６に電力を供給してこれを駆動する回路である。直流電源１０からの電源ラインの接続は、構成上、次の二つの接続関係に分けられる。一つは、配線５０ｐ、５０ｎ及び配線５６ｐ、５６ｎを用いて、直流電源１０を、フィルタユニット３６を介して、電力変換器１６の入力側に接続する構成である。もう一つは、配線５４ｐおよび５４ｎを用いて、電力変換器１２の入力側と電力変換器１４の入力側とを、フィルタユニット３２およびフィルタユニット３４を介して接続する構成である。フィルタユニット３２を第１のフィルタユニット３２、フィルタユニット３４を第２のフィルタユニット３４と呼ぶ。配線５０ｐと配線５６ｐに間には、正電圧側の第１のコネクタＰｐ１が設けられ、配線５０ｎと配線５６ｎに間には、負電圧側の第１のコネクタＰｎ１が設けられている。また、第１のフィルタユニット３２と配線５４ｐの間には、正電圧側の第２のコネクタＰｐ２が設けられ、第１のフィルタユニット３２と配線５４ｎの間には、電圧側の第２のコネクタＰｎ２が設けられている。
【０００８】
電力供給装置１００では、この２つの接続関係を、更に配線５２ｐおよび配線５２ｎにより並列に接続している。つまり、電力供給装置１００では、正電圧用の配線５０ｐの第１のコネクタＰｐ１と配線５４ｐの第２のコネクタＰｐ２とを接続するのに配線５２ｐを、負電圧用の配線５０ｎの第１のコネクタＰｎ１と配線５４ｎの第２のコネクタＰｎ２とを接続するのに配線５２ｎを、それぞれ用いる。第１のコネクタＰｐ１、Ｐｎ１には、共振電流制限装置４０が接続されている。なお、図１では、配線５０ｐ、５０ｎにより生じるインダクタンス成分をコイルＬ２として、配線５４ｐ、５４ｎにより生じるインタクタンス成分をコイルＬ４として、それぞれ示している。
【０００９】
第１のフィルタユニット３２は、配線５０ｐ、５０ｎ、配線５２ｐ、５２ｎを介して直流電圧源１０と第１の電力変換器１２との間に配置されたユニットである。第１のフィルタユニット３２は、コンデンサＣ２と、インダクタＬ３とを有する。インダクタＬ３は、例えばコイルである。また、第２のフィルタユニット３４は、配線５２ｐ、５２ｎから分岐した配線５４ｐ、５４ｎに接続されたユニットである。第２のフィルタユニット３４は、コンデンサＣ３と、インダクタＬ５とを有する。インダクタＬ５は、例えばコイルである。第３のフィルタユニット３６は、配線５６ｐ、５６ｎを介して直流電圧源１０と第３の電力変換器１６との間に配置されたユニットであり、コンデンサＣ１と、インダクタＬ１とを有する。インダクタＬ１は、例えばコイルである。
【００１０】
電力変換器１２、１４、１６は、インバータであり、それぞれ負荷２２、２４、２６が接続されている。電力変換器１２、１４、１６は、逆方向にコンバータの機能を有していても良い。電力変換器１２、１４、１６は、直流電圧源１０から電力の供給を受けて、負荷２２、２４、２６を駆動する。負荷２２、２４、２６は、例えば、モータである。ここで、第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４は、電流制限の対象の機器であり、第３の電力変換器１６は、電流制限の対象外の機器である。
【００１１】
共振電流制限装置４０は、直流電圧源１０から供給される電流の一部を自身に流すことで第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４に流れる電流を制限する。
【００１２】
図２に示すように、共振電流制限装置４０は、電圧センサ４２と、電流制御部４４と、インダクタＬ６と、コンデンサＣ４と、スイッチングトランジスタＳＷ１とＳＷ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２を備える。電圧検出手段である電圧センサ４２は、共振電流制限装置４０に掛かる電圧Ｖｉｎを取得する。この電圧Ｖｉｎは、第１の電力変換器１２、あるいは、第２の電力変換器１４に掛かる電圧とほぼ等しい。スイッチングトランジスタＳＷ１とＳＷ２は、直列に接続され、この直列接続に対して、コンデンサＣ４が並列に接続されている。スイッチングトランジスタＳＷ１には、ダイオードＤ１が並列に接続され、スイッチングトランジスタＳＷ２には、ダイオードＤ２が並列に接続されている。インダクタＬ６は、２つのスイッチングトランジスタＳＷ１、ＳＷ２の中点Ｍと、インダクタＬ２との間に設けられている。
【００１３】
電流制御部４４は、電圧センサ４２が検出した電圧Ｖｉｎから、共振電流制限装置４０に流れる電流がＩｉｎとなるように、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２を生成し、スイッチングトランジスタＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフを制御する。
【００１４】
図３に示すように、電流制御部４４は、バンドパスフィルタ４６と、電流制限値算出部４８と、ＰＷＭ信号生成部５０と、を備える。図４に、第１の電力変換器１２に流れる電流の周波数特性を示す。第１の電力変換器１２に流れる電流は、周波数が上がると上昇して第１の電力変換器１２の許容電流値Ｉｌｉｍ１を超え、さらに周波数が上がると、許容電流値Ｉｌｉｍ１よりも小さくなる。すなわち、ある共振周波数帯域ｆ１において、許容電流値Ｉｌｉｍ１を超える。この共振周波数帯域ｆ１において、許容電流値Ｉｌｉｍ１を超える分を共振電流制限装置４０に流せば、第１の電力変換器１２に流れる電流は、許容電流値Ｉｌｉｍ１を越えない。この共振周波数帯域ｆ１は、実験、シミュレーション等により予め定められている。
【００１５】
図５に、第１の電力変換器１２に対する共振電流制限装置４０のインピーダンス特性Ｚｉｎ１＊を示す。インピーダンスＺｉｎ１＊は、共振周波数帯域ｆ１の最も低い周波数と最も高い周波数で大きく、その間に極小値を有する。
【００１６】
第２の電力変換器１４についても、同様に、許容電流値Ｉｌｉｍ２を越える共振周波数帯域ｆ２を予め求めることができる。共振周波数帯域ｆ１と共振周波数帯域ｆ２が重なる周波数帯域をｆとする。
【００１７】
バンドパスフィルタ４６は、周波数帯域ｆの電圧成分Ｖｉｎ＿ｆを求める。電流制限算出部４８は、共振周波数帯域ｆ１の電圧成分Ｖｉｎ＿ｆと、その共振周波数帯域ｆにおける共振電流制限装置４０のインピーダンスＺｉｎ＊を用いて、共振電流制限装置４０に流す電流Ｉｉｎの目標値Ｉｉｎ＊を算出する。例えば、電流制限算出部４８は、Ｉｉｎ＊＝Ｖｉｎ＿ｆ／Ｚｉｎ＊の式を用いて、電流Ｉｉｎの目標値Ｉｉｎ＊を算出する。なお、Ｚｉｎ＊は、実験、シミュレーション等により予め定められている。ＰＷＭ信号生成部５０は、共振電流制限装置４０に流す電流Ｉｉｎが目標値Ｉｉｎ＊をとなるようにスイッチングトランジスタＳＷ１とＳＷ２をオン・オフするＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２を生成する。
【００１８】
以上のように、第１実施形態によれば、共振電流制限装置４０は、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２によって、スイッチングトランジスタＳＷ１、ＳＷ２を制御し、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４の許容電流値を超える電流を共振電流制限装置４０に流すことで、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４に、共振によって過大な電流が流れることを制限できる。
【００１９】
第１実施形態によれば、制限対象である第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４のそれぞれの共振周波数帯域の電圧を算出することで、共振電流制限装置４０の適切なインピーダンス制御が可能となり、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４に流す電流を適切に制限できる。すなわち、共振電流制限装置４０は、配線５６ｐ、５６ｎが分岐するコネクタＰｐ１、Ｐｎ１に接続されるため、共振電流制限装置４０のインピーダンスを制限対象の電力変換器１２、１４に接続されるフィルタユニット３２、３４のインピーダンスよりも小さくすることができる。その結果、制限対象の電力変換器１２、１４が複数あっても、それらの電力変換器１２、１４に流れる共振電流を制限できる。
【００２０】
第１実施形態によれば、共振電流制限装置４０は、配線５２ｐ、５２ｎと、配線５６ｐ、５６ｎと、を接続する第１のコネクタＰｐ１、Ｐｎ１に接続されている。そのため、追加のコネクタやジャンクションボックスが不要であり、電力供給装置１００の小型化が実現できる。
【００２１】
・第２実施形態：
図６は、第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４に流れる電流の周波数特性を示し、図７は、第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４に対する共振電流制限装置４０のインピーダンス特性Ｚｉｎ１＊、Ｚｉｎ２＊を示す。共振周波数帯域ｆ１、ｆ２は、一部重なっている。ここで、図７に示すグラフから、第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４に対する共振電流制限装置４０のインピーダンスが最も小さいＺｉｎ＿ｍｉｎ＊を算出する。図３において、電流制限値算出部４８は、インピーダンスとして、Ｚｉｎ＿ｍｉｎ＊を用いることにより、第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４に流れる電流の制限値Ｉｉｎ＊を算出し、第１の電力変換器１２、第２の電力変換器１４に流れる電流を許容電流以下とすることができる。
【００２２】
・第３実施形態：
図８に示すように、第３実施形態の電力供給装置１０１は、第１実施形態の電力供給装置１００と比較すると、配線５０ｐ、５０ｎが短く、そのインダクタンスがほとんどゼロである。このような実施形態であっても、同様に、共振電流制限装置４０は、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２によって、スイッチングトランジスタＳＷ１、ＳＷ２を制御し、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４の許容電流値を超える電流を共振電流制限装置４０に流すことで、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４に流す電流を制限できる。また、制限対象外の第３の電力変換器１６から共振電流制限装置４０までのインピーダンスを大きくすることができ、共振電流制限装置４０に流す電流を小さくできる。
【００２３】
・第４実施形態：
図９に示すように、第４実施形態の電力供給装置１０２は、共振電流制限装置４０が、第２のコネクタＰｐ２、Ｐｎ２に接続されている。このような実施形態であっても、同様に、共振電流制限装置４０は、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２によって、スイッチングトランジスタＳＷ１、ＳＷ２を制御し、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４の許容電流値を超える電流を共振電流制限装置４０に流すことで、第１の電力変換器１２と第２の電力変換器１４に流す電流を制限できる。
【００２４】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  直流電圧源    １２、１４  電力変換器    １６  負荷    ３２、３４  フィルタユニット    ４０  共振電流制限装置    １００、１０１、１０２  電力供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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