(57)【要約】【課題】フィルタ部品の端子間短絡の検知精度に貢献することを課題とする。【解決手段】短絡検知装置において、電圧検出部５１および短絡判定部５２を備えた構成とする。電圧検出部５１においては、インバータＵ１，Ｕ２出力側のフィルタ回路Ｆを構成している複数個の電気部品の端子間電圧を検出する。また、短絡判定部５２において、各電気部品の端子間短絡の有無を、電圧検出部５１による各電圧検出値に基づいて判定する。短絡判定部５２は、電圧検出値と、当該電圧検出値に対応する閾値と、を比較して、当該電気部品の端子間短絡の有無を判定する。閾値は、電気部品について端子間短絡が有る場合および無い場合の端子間電圧を予め検出して導出した値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ出力側のフィルタ回路を構成している複数個の電気部品の端子間電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、
各電気部品の端子間短絡の有無を、電圧検出部による各電圧検出値に基づいてそれぞれ判定する短絡判定部と、を備え、
短絡判定部は、電圧検出値と、当該電圧検出値に対応する閾値と、を比較して、当該電気部品の端子間短絡の有無を判定し、
閾値は、フィルタ回路に構成されている状態の電気部品について端子間短絡が有る場合および無い場合の端子間電圧を予め電圧検出部により検出して導出した値である、ことを特徴とするフィルタ回路の短絡検知装置。
【請求項２】
フィルタ回路は、少なくとも、リアクトルおよびコンデンサが直列接続された直列接続群を有し、
電圧検出部は、直列接続群の入力側端子と出力側端子とによる端子間電圧を検出することを特徴とする請求項１記載のフィルタ回路の短絡検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば種々の設備に適用可能なフィルタ回路の短絡検知装置の技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の設備（例えば高周波電源設備）で適用されている電力変換装置は、例えばインバータやフィルタ回路等を備え、直流電力をインバータにより交流電力に変換して給電対象負荷（例えば共振負荷回路）に給電できるように構成されたものがある。
【０００３】
フィルタ回路は、例えばリアクトル，コンデンサ，抵抗器等の種々の電気部品（以下、単にフィルタ部品と適宜称する）を適宜適用した構成が挙げられる。
【０００４】
また、電力変換装置の稼働状況等を適宜監視できる構成にして、当該電力変換装置の安全性，信頼性等を保持することが望ましい。例えば、フィルタ回路への入力電流（インバータから出力されたインバータ出力電流等）を検出し、当該入力電流が過電流状態であると判定した場合にインバータを適宜制御する構成が知られている（例えば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５９８９号公報
【特許文献２】特開２０１７−２００２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように入力電流の検出により過電流状態の有無を判定する手法の場合、例えばフィルタ部品の端子間短絡が存在している状態であっても、当該入力電流の検出値において変化が現れない限り、当該端子間短絡の検知できないおそれがある。
【０００７】
このような端子間短絡により短絡電流が流れ続けると、例えばフィルタ回路（各フィルタ部品等）の故障や損傷等の現象を引き起こす可能性がある。
【０００８】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであって、フィルタ部品の端子間短絡の検知精度に貢献する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一態様は、インバータ出力側のフィルタ回路を構成している複数個の電気部品の端子間電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、各電気部品の端子間短絡の有無を、電圧検出部による各電圧検出値に基づいてそれぞれ判定する短絡判定部と、を備え、短絡判定部は、電圧検出値と、当該電圧検出値に対応する閾値と、を比較して、当該電気部品の端子間短絡の有無を判定し、閾値は、電気部品について端子間短絡が有る場合および無い場合の端子間電圧を予め検出して導出した値である、ことを特徴とするフィルタ回路の短絡検知装置である。
【００１０】
フィルタ回路は、少なくとも、リアクトルおよびコンデンサが直列接続された直列接続群を有し、電圧検出部は、直列接続群の入力側端子と出力側端子とによる端子間電圧を検出することを特徴としても良い。
【発明の効果】
【００１１】
以上示したように本発明によれば、フィルタ部品の端子間短絡の検知精度に貢献可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態による短絡検知装置５の適用例を示す電力変換装置１Ａの概略説明図。
【図２】本実施形態による短絡検知装置５の適用例を示す電力変換装置１Ｂの概略説明図。
【図３】フィルタ回路Ｆの構成例を示す回路構成図（（Ａ）は並列部Ｆｐにおけるフィルタ部品が１個の場合、（Ｂ）は当該フィルタ部品が複数個の場合）。
【図４】短絡検知装置５の実施例１を説明するための概略説明図（（Ａ）は並列部Ｆｐにおけるフィルタ部品が１個の場合、（Ｂ）は当該フィルタ部品が複数個の場合）。
【図５】短絡検知装置５の実施例１を説明するための電圧検出値特性図。
【図６】相殺現象の一例を説明するためのベクトル図。
【図７】短絡検知装置５の実施例２を説明するための概略説明図（（Ａ）は並列部Ｆｐにおけるフィルタ部品が１個の場合、（Ｂ）は当該フィルタ部品が複数個の場合）。
【図８】短絡検知装置５の実施例２を説明するための電圧検出値特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態におけるフィルタ回路の短絡検知装置は、フィルタ回路への入力電流（インバータ出力電流等）の過電流状態を検出する構成（以下、単に従来構成と適宜称する）とは全く異なるものであって、フィルタ回路を構成するフィルタ部品自体の端子間電圧を検出する構成である。
【００１４】
例えば従来構成の場合、電力変換装置のフィルタ部品において端子間短絡が存在している場合であっても、フィルタ回路への入力電流等において変化が生じていない状態であれば、当該端子間短絡を検知することは困難である。
【００１５】
このような場合、電力変換装置は、当該端子間短絡に起因する故障や損傷等の現象を引き起こす可能性がある。また、当該電力変換装置のユーザは、前述のような端子間短絡や現象を、例えば当該端子間短絡のアークによる発煙や発火等が起こるまで気付かないおそれもある。
【００１６】
一方、本実施形態の短絡検知装置によれば、例えばフィルタ回路への入力電流において変化が生じていなくても、端子間短絡を容易に検知することができ、当該端子間短絡に起因する電力変換装置の故障や損傷等の抑制に貢献可能となる。また、電力変換装置の安全性，信頼性等を保持することにも貢献可能となる。また、ユーザは、前述のような端子間短絡や当該端子間短絡による現象を容易に知ることも可能となる。
【００１７】
本実施形態のフィルタ回路の短絡検知装置は、前述のように、フィルタ部品自体の端子間電圧を検出して端子間短絡を検知できる構成であれば、種々の分野（例えば高周波電源設備で適用されているインバータ制御技術，フィルタ回路技術，短絡検知技術等の分野）の技術常識を適宜適用して設計することが可能であり、その一例として以下に示すものが挙げられる。
【００１８】
≪本実施形態による短絡検知装置５の適用例≫
図１，図２は、それぞれ本実施形態の適用例を示すものであって、複数個（図１では２個）のインバータユニットＵ１，Ｕ２が並列接続された電力変換装置１Ａ，１Ｂの概略説明図である。
【００１９】
まず、図１の電力変換装置１Ａは、入力変圧器Ｔｉ側で絶縁された構成の一例を示すものである。この電力変換装置１Ａの入力変圧器Ｔｉは、電源１に接続される一次巻線１０と、複数個（図１では後述のインバータユニットＵ１，Ｕ２に合わせて２個）の二次巻線２１，２２と、を備えており、電源１からの電圧を変圧して各二次巻線２１，２２側に出力できる構成となっている。
【００２０】
電源１から二次巻線２１，２２側に出力された交流電圧は、それぞれ交流−直流変換手段３１，３２により直流電圧に変換されて、インバータユニットＵ１，Ｕ２に入力される。図１のインバータユニットＵ１，Ｕ２の場合、配線Ｕ０を介して互いに接続された構成となっている。
【００２１】
インバータユニットＵ１，Ｕ２の出力側には、フィルタ回路Ｆ１０が接続されており、当該インバータユニットＵ１，Ｕ２から出力されたインバータ出力電流Ｉinvが入力される。このフィルタ回路Ｆ１０において、インバータ出力電流Ｉinvから所望の周波数成分が抽出（不要なノイズ成分が除去）されて、当該周波数成分が出力変圧器（図示省略）を介して共振負荷回路等の負荷４に供給される。
【００２２】
そして、フィルタ回路Ｆ１０には、当該フィルタ回路Ｆ１０を構成している各フィルタ部品（例えば後述のリアクトルＬ，コンデンサＣ，抵抗器Ｒ等）の端子間電圧を検出する電圧検出部５１と、当該電圧検出部５１による電圧検出値に基づいて各フィルタ部品の端子間短絡の有無を判定する短絡判定部５２と、を備えた短絡検知装置５が接続される。
【００２３】
図２の電力変換装置１Ｂは、出力変圧器Ｔｏ側で絶縁された構成の一例を示すものである。なお、図１に示すものと同様のものには同一符号を付する等により、その詳細な説明を適宜省略する。図２の電力変換装置１Ｂの入力変圧器Ｔｉは、電源１に接続される一次巻線１０と、二次巻線２０と、を備えており、電源１からの電圧を変圧して二次巻線２０側に出力できる構成となっている。
【００２４】
電源１から二次巻線２０側に出力された交流電圧は、交流−直流変換手段３１，３２により直流電圧に変換されて、それぞれインバータユニットＵ１，Ｕ２に入力される。
【００２５】
インバータユニットＵ１，Ｕ２の出力側には、フィルタ回路Ｆ１１，Ｆ１２がそれぞれ接続されており、当該インバータユニットＵ１，Ｕ２から出力されたインバータ出力電流Ｉinv1，Ｉinv2がそれぞれ入力される。これらフィルタ回路Ｆ１１，Ｆ１２において、インバータ出力電流Ｉinv1，Ｉinv2から所望の周波数成分がそれぞれ抽出され、出力変圧器Ｔｏを介して共振負荷回路等の負荷４に供給される。
【００２６】
そして、フィルタ回路Ｆ１１，Ｆ１２には、電圧検出部５１および短絡判定部５２を備えた短絡検知装置５が接続される。
【００２７】
≪フィルタ回路Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２の構成例≫
フィルタ回路Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２（以下、単にフィルタ回路Ｆと適宜称する）においては、インバータ出力電流Ｉinvから所望の周波数成分を抽出できる構成であれば、種々の態様を適用することが可能であり、特に限定されるものではない。
【００２８】
具体例としては、例えば図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、リアクトルＬ（図３中では３つのリアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ０），コンデンサＣ（図３中では３つのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ０），抵抗器Ｒ等のフィルタ部品を適宜組み合わせて、直列部Ｆｄと並列部Ｆｐとを有するように構成されたバンドパスフィルタ構造が挙げられる。
【００２９】
なお、フィルタ回路Ｆは、図１，図２に示す構成に限定されるものではなく、適宜設計変更しても良い。その一例としては、フィルタ回路Ｆを出力変圧器の二次側に適宜配置した構成（図２の場合、出力変圧器Ｔｏと負荷４との間に配置した構成）が挙げられる。
【００３０】
≪実施例１≫
図４，図５は、短絡検知装置５の実施例１を説明するためのものである。なお、図１〜図３に示すものと同様のものには同一符号を付する等により、その詳細な説明を適宜省略する。
【００３１】
まず、図４は、短絡検知装置５の電圧検出部５１の一例を示すものであって、各フィルタ部品の端子間電圧を、当該各フィルタ部品に設けられた電圧センサＳ（図４中では電圧センサＳL1，ＳL2，ＳC1，ＳC2，Ｓ0）を介して検出する構成となっている。
【００３２】
なお、図４（Ｂ）に示す並列部Ｆｐに構成されている複数個のフィルタ部品（図４（Ｂ）ではコンデンサＣ０とリアクトルＬ０）は、並列接続されているため、共通の電圧センサＳ0によって端子間電圧の検出が可能である。
【００３３】
そして、短絡判定部５２により、前述のように電圧検出部５１で検出された電圧検出値と、当該電圧検出値に対応する閾値（詳細を後述する）と、が比較され、当該比較結果に基づいて、各フィルタ部品の端子間短絡の有無がそれぞれ判定される。
【００３４】
閾値においては、各フィルタ部品の端子間短絡の有無を判定できるものであれば良く、適宜設定することが可能である。例えば、各フィルタ部品について、フィルタ回路Ｆに構成されている状態で端子間短絡が有る場合および無い場合の端子間電圧を予め電圧検出部５１により適宜検出することにより、当該端子間短絡の有無の境界となる閾値を導出することが可能である。このような閾値を図５の電圧検出値特性図に示すと、閾値特性線α１のようになる。
【００３５】
なお、図５においては、例えば、フィルタ回路Ｆに入力されるインバータ出力電流Ｉinvの実効値、フィルタ回路Ｆから出力される周波数成分の出力電圧Ｖoutの実効値、当該周波数成分の出力電流Ｉoutの実効値、のうち何れかの実効値に対する電圧検出値特性を示す一例となっている。また、図５の特性線βにおいては、フィルタ部品が正常な状態であって、端子間短絡が無い場合の電圧設計値の一例を示すものである。
【００３６】
具体例として、図５に示すような閾値特性線α１を利用した短絡判定部５２においては、電圧検出値が閾値特性線α１の値以下の場合に、当該電圧検出値に係るフィルタ部品に端子間短絡が存在しているものと判定することが挙げられる。
【００３７】
短絡判定部５２による判定結果は、適宜利用することが可能である。例えば、当該判定結果を図外の記録装置等に適宜記録したり、図外の出力装置（例えば、ディスプレイ，プリンタ，スピーカ，ランプ等）により適宜出力（例えば、端子間短絡が存在しているものと判定した結果を出力）することが挙げられる。これにより、当該判定結果を電力変換装置１Ａのユーザに認識させることも可能となる。
【００３８】
以上のような実施例１によれば、例えばフィルタ回路Ｆへのインバータ出力電流Ｉinvにおいて変化が生じていなくても、端子間短絡を容易に検知することができ、当該端子間短絡に起因する電力変換装置の故障や損傷等の抑制に貢献可能となる。また、ユーザは、前述のような端子間短絡や当該端子間短絡による現象を容易に知ることも可能となる。
【００３９】
≪実施例２≫
図６〜図８は、短絡検知装置５の実施例２を説明するためのものである。なお、図１〜図５に示すものと同様のものには同一符号を付する等により、その詳細な説明を適宜省略する。
【００４０】
まず、バンドパスフィルタ構造のフィルタ回路Ｆに着目すると、インバータ出力電流Ｉinvの基本波成分が通過し、直列部Ｆｄが当該基本波成分で共振するように構成されていることが判る。
【００４１】
この場合、直列部ＦｄのリアクトルＬおよびコンデンサＣにおいて、基本波成分による電圧は、図６のベクトル図に示すように互いに相殺するような現象（以下、単に相殺現象と適宜称する）が生じ、下記関係式を満たすこととなる。
【００４２】
（基本波成分におけるリアクトルＬの端子間電圧）＋（基本波成分におけるコンデンサＣの端子間電圧）＝０
ただし、インバータ出力電流Ｉinvには、基本波成分以外の成分も含まれているため、後述の接続群電圧を検出することは可能である。
【００４３】
そこで、本実施例２の短絡検知装置５では、図６の相殺現象等を踏まえて、図７に示すような検出構成とした。この図７の直列部Ｆｄにおいては、リアクトルＬおよびコンデンサＣが直列接続された直列接続群Ｇ１，Ｇ２を備えている。
【００４４】
また、直列接続群Ｇ１，Ｇ２の入力側端子（図７では、それぞれリアクトルＬ１，Ｌ２の入力側端子）と出力側端子（図７では、それぞれコンデンサＣ１，Ｃ２の出力側端子）とによる端子間電圧（以下、接続群電圧と適宜称する）を、それぞれ一つの電圧センサＳ（電圧センサＳLC1，ＳLC2）を介して検出する構成となっている。
【００４５】
そして、短絡判定部５２により、前述のように電圧検出部５１で検出された電圧検出値と、当該電圧検出値に対応する閾値（詳細を後述する）と、が比較され、当該比較結果に基づいて、各フィルタ部品の端子間短絡の有無がそれぞれ判定される。なお、電圧センサＳLC1，ＳLC2による電圧検出値が負の値の場合には、当該電圧検出値の絶対値を適用して比較し判定すれば良い。
【００４６】
本実施例２の閾値においても、直列接続群Ｇ１，Ｇ２や各フィルタ部品の端子間短絡の有無を判定できるものであれば良く、適宜設定することが可能である。例えば、直列接続群Ｇ１，Ｇ２についても、フィルタ回路Ｆに構成されている状態で端子間短絡が有る場合および無い場合の接続群電圧を予め電圧検出部５１により適宜検出することにより、当該端子間短絡の有無の境界となる閾値を導出することが可能である。このような閾値を図８の電圧検出値特性図に示すと、閾値特性線α２のようになる。
【００４７】
具体例として、図８に示すような閾値特性線α２を利用した短絡判定部５２においては、以下のように適宜判定することが挙げられる。
【００４８】
まず、接続群電圧の電圧検出値が閾値特性線α２の値未満の場合、当該電圧検出値に係る直列接続群（本実施例２の場合はＧ１またはＧ２）には図６のような相殺現象が生じており、リアクトルＬおよびコンデンサＣの両者において端子間短絡が無いものと判定することが挙げられる。
【００４９】
一方、接続群電圧の電圧検出値が閾値特性線α２の値以上の場合、当該電圧検出値に係る直列接続群（本実施例２の場合はＧ１またはＧ２）には図６のような相殺現象が抑制あるいは消失しており、リアクトルＬおよびコンデンサＣの両者において端子間短絡（例えば何れかにおいて端子間短絡）が存在しているものと判定することが挙げられる。
【００５０】
以上のような実施例２によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することが判る。また、実施例１の場合と比較すると、電圧センサの個数を低減できるため、短絡検知装置の小型化，低コスト化等に貢献可能であることが判る。
【００５１】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ，１Ｂ…電力変換装置
５…短絡検知装置
５１…電圧検出部
５２…短絡判定部
Ｆ（Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２）…フィルタ回路
Ｆｄ…直列部
Ｆｐ…並列部
Ｇ１，Ｇ２…直列接続群
Ｕ１，Ｕ２…インバータユニット
【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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