(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置に使用される複数のリアクトルの配置構造であって、
複数のリアクトルの各々を、コイルを巻きつけた開磁路のソレノイドで構成し、これら複数のソレノイドの間の相互インダクタンスが実質的に均一となるように、当該複数のソレノイドを配置し、
前記複数のソレノイドは、電源の各相に少なくとも２本の前記ソレノイドを直列、或いは並列に接続した電源の相数の倍数の本数であり、各ソレノイドは、前記コイルの巻線数、コイル直径などの形状を同一としたものであり、
各相の直列、或いは並列に接続された複数のソレノイドのうちの所定のソレノイド同士を選択して第１ソレノイド群とし、これら第１ソレノイド群を、互いの軸線を同一方向に向け、所定直径の円周上に相順に等間隔となるように離間配置し、
各相の複数のソレノイドのうちの前記所定のソレノイドと異なる他のソレノイドを選択して第２ソレノイド群とし、これら第２ソレノイド群を、前記第１ソレノイド群を配置した位置に対して軸方向に離間した位置であって、前記第１ソレノイド群と同一方向に軸線を向け、前記第１ソレノイド群と同一の所定直径の円周上に相順に等間隔となるように離間配置したことを特徴とする電力変換装置のリアクトル配置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置のリアクトル配置構造に係り、例えば多相交流回路に使用されている複数のリアクトルの配置構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多相交流回路として、例えば、特許文献１に記載した無停電電源装置が知られている。
この無停電電源装置は、図６に示すように、三相交流入力を、電圧または周波数の異なる別の三相交流に変換する装置であり、符号１は交流電源、符号２〜１５はＩＧＢＴなどの半導体スイッチ、符号１６Ａ，１６Ｂは直流コンデンサ、符号１７〜２３はリアクトル、符号２４〜２９はフィルタコンデンサである。
【０００３】
半導体スイッチ２〜７、直流コンデンサ１６Ａ，１６Ｂ、リアクトル１７〜１９、フィルタコンデンサ２４〜２６は順変換器を構成しており、交流電源１の電力を、半導体スイッチ２〜７の高周波スイッチングにより直流に変換して直流コンデンサ１６Ａ，１６Ｂに蓄積する動作を行う。また、直流コンデンサ１６Ａ，１６Ｂ、半導体スイッチ８〜１３、リアクトル２０〜２２、フィルタコンデンサ２７〜２９は逆変換器（インバータ）を構成しており、直流コンデンサ１６Ａ，１６Ｂを直流電源として、半導体スイッチ８〜１３の高周波スイッチングによりフィルタコンデンサ２７〜２９に波形歪みの小さな交流電圧を発生させ、図示しない負荷に交流電力を供給する動作を行う。
【０００４】
ところで、上記装置の交流電源１のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に直列に接続している交流用のリアクトル１７〜１９、或いは負荷のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に直列に接続している交流用のリアクトル２０〜２２は、所望のインダクタンスを得るためにリアクトル体積を小さく抑えることができる閉磁路のＵＩ型コア、ＥＩ型コア等からなる閉磁路のリアクトルが多く採用されている。
【０００５】
一方、上記閉磁路のリアクトルとは別のリアクトル形態として、図７に示すように、棒状コア３０にコイル３１を巻き付けた構成とした開磁路のソレノイド３２がある。このソレノイド３２の棒状コア３０は、磁性体、或いは非磁性体であるが、棒状コアを使用しない空芯の開磁路のソレノイド３２もある。
このソレノイド３２からなる開磁路のリアクトルは、閉磁路のリアクトルと比較して、コイル起磁力に対する発生磁束が小さくなり、所望のインダクタンスを得るためにリアクトル体積が大きくなってしまう。
【０００６】
しかし、ソレノイド３２は、ＵＩ型コア、ＥＩ型コア等のリアクトルと比較してコイル３１の実装が容易となって安価に製造することができるので、交流用のリアクトル１７〜２２に採用すると、装置製造コストの低減化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記構成のソレノイド３２を、図６の交流用のリアクトル１７〜２２として採用すると、各ソレノイド３２の互いの磁気結合の差異を無視することができない。
すなわち、所定の相のソレノイド３２のコイル３１と他の相のソレノイド３２のコイル３１とに差異が生じると、三相の回路が不平衡になって各相のリアクトルを流れる交流電流に歪みが発生したり、振幅や位相がばらついてしまい、負荷に安定した電力制御を行なうことができなくなる場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、製造コストの低減化を図ることができるソレノイドを複数のリアクトルとして採用しても、各リアクトルの磁気結合の差異を緩和して安定した電力制御を行なうことができる電力変換装置のリアクトル配置構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置のリアクトル配置構造は、電力変換装置に使用される複数のリアクトルの配置構造であって、複数のリアクトルの各々を、コイルを巻きつけた開磁路のソレノイドで構成し、これら複数のソレノイドの間の相互インダクタンスが実質的に均一となるように、当該複数のソレノイドを配置し、前記複数のソレノイドは、電源の各相に少なくとも２本の前記ソレノイドを直列、或いは並列に接続した電源の相数の倍数の本数であり、各ソレノイドは、前記コイルの巻線数、コイル直径などの形状を同一としたものであり、各相の直列、或いは並列に接続された複数のソレノイドのうちの所定のソレノイド同士を選択して第１ソレノイド群とし、これら第１ソレノイド群を、互いの軸線を同一方向に向け、所定直径の円周上に相順に等間隔となるように離間配置し、各相の複数のソレノイドのうちの前記所定のソレノイドと異なる他のソレノイドを選択して第２ソレノイド群とし、これら第２ソレノイド群を、前記第１ソレノイド群を配置した位置に対して軸方向に離間した位置であって、前記第１ソレノイド群と同一方向に軸線を向け、前記第１ソレノイド群と同一の所定直径の円周上に相順に等間隔となるように離間配置した。
この発明によると、複数のリアクトルがコイルを巻きつけた開磁路のソレノイドで構成されており、コイルの実装が容易となって安価に製造することができる。そして、複数のソレノイドは、各ソレノイド間の相互インダクタンスが実質的に均一となるように配置され、各相のソレノイドの磁気結合の差異を緩和しているので、各相を流れる電流が不平衡になるのが抑制される。
また、この発明によると、各ソレノイドが、コイルの巻線数、コイル直径などの形状を同一としたものであり、電源の各相に直列、或いは並列に接続したソレノイドの第１ソレノイド群及び第２ソレノイド群が、それぞれ同一方向に軸線を向け、所定直径の円周上に相順に等間隔となるように離間配置されているので、各ソレノイド間の相互インダクタンスが実質的に均一となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電力変換装置のリアクトル配置構造によれば、複数のリアクトルはコイルを巻きつけた開磁路のソレノイドで構成されており、コイルの実装が容易となって安価に製造することができるので、電力変換装置の製造コストの低減化を図ることができる。
また、本発明に係る複数のソレノイドは、各ソレノイド間の相互インダクタンスが実質的に均一となるように配置され、各相のソレノイドの磁気結合の差異を緩和しているので、各相を流れる電流が不平衡になるのを抑制して負荷に安定した電力制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の電力変換装置の三相のリアクトル配置構造を示す概略図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態の電力変換装置の各相に直列に接続されている複数のリアクトルを示す回路図である。
【図３】図２で示した各相に直列に複数接続されているリアクトルの具体的な配置構造を示す図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の電力変換装置の各相に並列に接続されている複数のリアクトルを示す回路図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態の電力変換装置の各相に直列に接続されている複数のリアクトルを示す回路図である。
【図６】電力変換装置の一例である無停電電源装置の回路構成を示す図である。
【図７】棒状コアにコイルを巻き付けたソレノイドを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図６で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明に係る第１実施形態であり、図６で示した三相交流回路である無停電電源装置の順変換器を構成しており、交流電源１のＲ相に直列に接続しているＲ相リアクトル１７、Ｓ相に直列に接続しているＳ相リアクトル１８及びＴ相に直列に接続しているＴ相リアクトル１９の配置構造を示すものである。
【００１７】
これらＲ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９は、棒状コア４０にコイル４１を巻き付けた開磁路のソレノイド４２で構成されており、各リアクトル１７〜１９を構成するソレノイド４２は、同一直径の棒状コア４０に、同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のものである。なお、棒状コア４０は、絶縁体、或いは非磁性体である。
そして、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９は、棒状コア４０の軸線を同一方向に向け、所定直径Ｄの円周上に１２０°の間隔をあけて相順に配置されている。
【００１８】
なお、図６の負荷に直列に接続しているＵ相、Ｖ相、Ｗ相に直列に接続しているリアクトル２０〜２２も、図示しないが、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９と同一の構成、配置構造とされている。
上記構成で配置されたＲ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９には交流電源１から交流の電流が流れるが、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９を構成するソレノイド４２の互いの磁気結合の差異を無視することができない。すなわち、例えばＲ相リアクトル１７のコイル４１とＳ相リアクトル１８のコイル４１とに差異が生じると、三相の回路が不平衡になって各相のリアクトル１７〜１９を流れる交流電流に歪みが発生したり、振幅や位相がばらついてしまい、順変換器を構成する半導体スイッチ２〜７に安定した交流電流を流すことができない。
【００１９】
しかし、本実施形態は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９は、同一直径の棒状コア４０に同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２で構成されており、しかも、各ソレノイド４２は、棒状コア４０の軸線を同一方向に向けて所定直径Ｄの円周上に等間隔に（１２０°の間隔をあけて）相順に配置されているので、Ｒ相リアクトル１７のソレノイド４２及びＳ相リアクトル１８のソレノイド４２間の相互インダクタンス、Ｓ相リアクトル１８のソレノイド４２及びＴ相リアクトル１９のソレノイド４２間の相互インダクタンス、Ｔ相リアクトル１９のソレノイド４２及びＲ相リアクトル１７のソレノイド４２間の相互インダクタンスが実質的に均一となる。
【００２０】
したがって、Ｒ相リアクトル１７及びＳ相リアクトル１８、Ｓ相リアクトル１８及びＴ相リアクトル１９、Ｔ相リアクトル１９及びＲ相リアクトル１７のソレノイド４２間の相互インダクタンスが実質的に均一になると、Ｒ相，Ｓ相及びＴ相のソレノイド４２の磁気結合の差異が緩和されるので、交流電源１から各相に流れる交流電流が不平衡になるのを抑制することができ、順変換器を構成する半導体スイッチ２〜７に安定した交流電流を流すことができる。
【００２１】
また、同様に、Ｕ相リアクトル２０及びＶ相リアクトル２１、Ｖ相リアクトル２１及びＷ相リアクトル２２、Ｗ相リアクトル２２及びＵ相リアクトル２０のソレノイド４２間の相互インダクタンスも実質的に均一になり、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相のソレノイド４２の磁気結合の差異が緩和されるので、負荷に向けて各相に流れる交流電流が不平衡になるのを抑制することができ、負荷に向けて安定した交流電流を流すことができる。
【００２２】
また、本実施形態は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相リアクトル１７〜１９、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相リアクトル２０〜２２が、棒状コア４０にコイル４１を巻き付けた開磁路のソレノイド４２で構成されており、コイル４１の実装が容易となって安価にソレノイド４２を製造することができるので、三相交流回路からなる装置の製造コストの低減化を図ることができる。
【００２３】
［第２実施形態］
次に、図２から図４は本発明に係る第２実施形態である。
図２は、図６で示した無停電電源装置の交流電源１に接続するＲ相リアクトルを直列に接続した第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第２Ｒ相リアクトル１７ｂで構成し、交流電源１に接続するＳ相リアクトルを直列に接続した第１Ｓ相リアクトル１８ａ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂで構成し、交流電源１に接続するＴ相リアクトルを直列に接続した第１Ｔ相リアクトル１９ａ，第２Ｔ相リアクトル１９ｂで構成したものを示している。
【００２４】
なお、第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａが本発明の第１ソレノイド群に対応し、第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂが本発明の第２ソレノイド群に対応している。
第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａ同士は、同一直径の棒状コア４０に、同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２であり、第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂ同士も、同一直径の棒状コア４０に、同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２である。
【００２５】
そして、第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａ同士は、棒状コア４０の軸線を同一方向に向け、所定直径Ｄ１の円周上に１２０°の間隔をあけて相順に配置されている。
また、第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂ同士は、第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａに対して軸方向に離間した位置で棒状コア４０の軸線を同一方向に向け、前述した所定直径Ｄ１の円と中心が一致し、且つ直径も同一の円周上に１２０°の間隔をあけて相順に配置されている。
【００２６】
上記構成のように、交流電源１のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に直列に接続している２本のリアクトルのうちの一方の第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａ同士は、同一直径の棒状コア４０に同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２で構成されており、しかも、各ソレノイド４２が、棒状コア４０の軸線を同一方向に向けて所定直径Ｄ１の円周上に等間隔に（１２０°の間隔をあけて）相順に配置されているので、第１Ｒ相リアクトル１７ａのソレノイド４２及び第１Ｓ相リアクトル１８ａのソレノイド４２間の相互インダクタンス、第１Ｓ相リアクトル１８ａのソレノイド４２及び第１Ｔ相リアクトル１９ａのソレノイド４２間の相互インダクタンス、第１Ｔ相リアクトル１９ａのソレノイド４２及び第１Ｒ相リアクトル１７ａのソレノイド４２間の相互インダクタンスが実質的に均一となる。
【００２７】
また、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相に直列に接続している２本のリアクトルのうちの他方の第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂ同士も、同一直径の棒状コア４０に同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２で構成されており、しかも、各ソレノイド４２が、棒状コア４０の軸線を同一方向に向けて所定直径Ｄ１の円周上に等間隔に（１２０°の間隔をあけて）相順に配置されているので、第２Ｒ相リアクトル１７ｂのソレノイド４２及び第２Ｓ相リアクトル１８ｂのソレノイド４２間の相互インダクタンス、第２Ｓ相リアクトル１８ｂのソレノイド４２及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂのソレノイド４２間の相互インダクタンス、第２Ｔ相リアクトル１９ｂのソレノイド４２及び第２Ｒ相リアクトル１７ｂのソレノイド４２間の相互インダクタンスが実質的に均一となる。
【００２８】
したがって、本実施形態も、Ｒ相に直列に接続したリアクトル１７ａ，１７ｂ、Ｓ相に直列に接続したリアクトル１８ａ，１８ｂ、Ｔ相に直列に接続したリアクトル１９ａ，１９ｂの各ソレノイド４２の磁気結合の差異が緩和されるので、交流電源１から各相に流れる交流電流が不平衡になるのを抑制することができ、順変換器を構成する半導体スイッチ２〜７に安定した交流電流を流すことができる。
【００２９】
なお、図６に示した負荷に接続するＵ相リアクトル２０、Ｖ相リアクトル２１及びＷ相リアクトル２２も直列に接続した複数のソレノイドで構成し、上記のように配置することで、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相のソレノイド４２の磁気結合の差異が緩和され、負荷に向けて各相に流れる交流電流が不平衡になるのを抑制することができるので、負荷に向けて安定した交流電流を流すことができる。
【００３０】
ここで、図４に示すように、交流電源１に接続するＲ相リアクトルを並列に接続した第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第２Ｒ相リアクトル１７ｂで構成し、交流電源１に接続するＳ相リアクトルを並列に接続した第１Ｓ相リアクトル１８ａ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂで構成し、交流電源１に接続するＴ相リアクトルを並列に接続した第１Ｔ相リアクトル１９ａ，第２Ｔ相リアクトル１９ｂで構成する場合もある。
【００３１】
なお、第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａが本発明の第１ソレノイド群に対応し、第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂが本発明の第２ソレノイド群に対応する。
この場合も、第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａ同士を、同一直径の棒状コア４０に、同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２とし、第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂ同士も、同一直径の棒状コア４０に、同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２とし、図３に示すように、第１Ｒ相リアクトル１７ａ，第１Ｓ相リアクトル１８ａ及び第１Ｔ相リアクトル１９ａ同士を、棒状コア４０の軸線を同一方向に向け、所定直径Ｄ１の円周上に１２０°の間隔をあけて相順に配置し、第２Ｒ相リアクトル１７ｂ，第２Ｓ相リアクトル１８ｂ及び第２Ｔ相リアクトル１９ｂ同士も、同一直径の棒状コア４０に同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２とし、棒状コア４０の軸線を同一方向に向けて所定直径Ｄ１の円周上に１２０°の間隔をあけて相順に配置することで、交流電源１のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に直列に接続したリアクトルと同様の効果を奏することができる。
【００３２】
［第３実施形態］
次に、図５は本発明に係る第３実施形態である。
本実施形態は、図示しない六相交流回路に互いに並列接続されている６相のリアクトル５０〜５５の配置構造を示すものである。
本実施形態の６相のリアクトル５０〜５５の全てが、棒状コア４０にコイル４１を巻き付けた開磁路のソレノイド４２で構成されており、各リアクトル５０〜５５を構成するソレノイド４２は、同一直径の棒状コア４０に、同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のものである。なお、棒状コア４０は、絶縁体、或いは非磁性体である。
【００３３】
そして、６相のリアクトル５０〜５５は、棒状コア４０の軸線を同一方向に向け、所定直径Ｄの円周上に６０°の間隔をあけて相順に配置されている。
本実施形態は、６相のリアクトル５０〜５５が、同一直径の棒状コア４０に同一巻線数のコイル４１を巻き付けた同一形状のソレノイド４２で構成されており、しかも、各ソレノイド４２は、棒状コア４０の軸線を同一方向に向けて所定直径Ｄの円周上に等間隔に（６０°の間隔をあけて）相順に配置されているので、第１相のリアクトル５０及び第２相のリアクトル５１間の相互インダクタンス、第２相のリアクトル５１及び第３相のリアクトル５２間の相互インダクタンス、第３相のリアクトル５２及び第３相のリアクトル５３間の相互インダクタンス、第３相のリアクトル５３及び第４相のリアクトル５４間の相互インダクタンス、第５相のリアクトル５４及び第６相のリアクトル５５間の相互インダクタンス、第６相のリアクトル５５及び第１相のリアクトル５０間の相互インダクタンスが実質的に均一となる。
【００３４】
したがって、６相のリアクトル５０〜５５のソレノイド４２間の相互インダクタンスが実質的に均一になると、６相のリアクトル５０〜５５を構成するソレノイド４２の磁気結合の差異が緩和されるので、６相に流れる交流電流が不平衡になるのを抑制することができ、安定した交流電流を流すことができる。
また、本実施形態は、６相のリアクトル５０〜５５が、棒状コア４０にコイル４１を巻き付けた開磁路のソレノイド４２で構成されており、コイル４１の実装が容易となって安価にソレノイド４２を製造することができるので、六相交流回路からなる装置の製造コストの低減化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記各実施形態では、棒状コア４０にコイル４１を巻き付けたソレノイド４２を使用して説明したが、棒状コアを使用しない空芯の開磁路のソレノイドを使用しても同様の作用効果を奏することができる。
また、図６に示した多相交流回路に限るものではなく、さらには、図示しない交流−直流回路の直流用リアクトルに上記実施形態を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…交流電源、２〜１５…半導体スイッチ、１７…Ｒ相リアクトル、１７ａ…第１Ｒ相リアクトル、１７ｂ…第２Ｒ相リアクトル、１８…Ｓ相リアクトル、１８ａ…第１Ｓ相リアクトル、１８ｂ…第２Ｓ相リアクトル、１９…Ｔ相リアクトル、１９ａ…第１Ｔ相リアクトル、１９ｂ…第２Ｔ相リアクトル、２０…Ｕ相リアクトル、２１…Ｖ相リアクトル、２２…Ｗ相リアクトル、２４〜２６…フィルタコンデンサ、２７〜２９…フィルタコンデンサ、１６Ａ，１６Ｂ…直流コンデンサ、４０…棒状コア、４１…コイル、４２…ソレノイド、５０…第１相のリアクトル、５１…第２相のリアクトル、５２…第３相のリアクトル、５３…第４相のリアクトル、５４…第５相のリアクトル、５５…第６相のリアクトル
【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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