(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のヒューズを並列に接続した回路と、スイッチング素子と、リアクトルとを直列に接続した回路を有する電力変換装置において、上記リアクトルの中心線を含む同一平面上に上記複数のヒューズを配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
複数のヒューズを並列に接続した回路と、スイッチング素子と、リアクトルとを直列に接続した回路を有する電力変換装置において、上記リアクトルの中心線から等距離の位置に上記複数のヒューズを配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
複数のヒューズを並列に接続した回路と、スイッチング素子と、リアクトルとを直列に接続した回路を有する電力変換装置において、上記各ヒューズを上記リアクトルの中心線に対し平行にかつ上記リアクトルと隣り合う位置に配置したことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量の電力変換装置における、装置保護用のヒューズの並列接続に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に「サイリスタ応用ハンドブック」（日刊工業新聞社発行）３.３.４ヒューズによる保護Ｐ.８５〜Ｐ.８８で記載のように、自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置では、短絡電流による素子保護のためヒューズを適用する。
【０００３】
図５は従来の自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図である。図において、１１は自己消弧型スイッチング素子、１２ａ〜１２ｎはこの自己消弧型スイッチング素子１１に対しｎ個並列に接続されたヒューズであり、回路条件で決まる通電電流最大値がヒューズ１２ａ〜１２ｎのうちの１個の定格容量を超える場合、当該ヒューズは溶断されるようになっている。１３は複数のヒューズ１２ａ〜１２ｎを並列に接続するための支持導体であり、この支持導体１３と自己消弧型スイッチング素子１１とは直列に接続されている。１４は自己消弧型スイッチング素子１１が破壊に至るようなストレスを与えないように電流上昇率を抑制するため、自己消弧型スイッチング素子１１に対して直列に接続されたリアクトル、１５はリアクトル１４により発生する磁束である。
【０００４】
図６，図７は自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す回路図であり、図６は正面から、図７は側面から見た場合を示している。図において、Ｌはリアクトル１４のインダクタンス、ＩLはリアクトル１４を流れる電流、Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｉdはそれぞれヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを流れる電流である。尚、図６においては例としてヒューズの数が４個の場合を示している。
【０００５】
次に動作について説明する。図５において、自己消弧型スイッチング素子１１が異常動作をしたとき、短絡電流が流れてヒューズ１２ａ〜１２ｎが溶断し、装置の事故の拡大を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の大容量の電力変換装置は以上のように構成されているので、図５の自己消弧型スイッチング素子１１がオン、あるいはオフすることにより、リアクトル１４に流れる負荷電流が変化するので、リアクトル１４により発生する磁束１５も変化する。
【０００７】
ここで、支持導体１３は図７の側面の回路図で示すように、リアクトル１４の中心線Ｏを含む同一平面上に接続されておらず前後方向にずれているため、変化する磁束１５は導体１３に対して図５においてＸ方向にある角度をもって鎖交する。よって各ヒューズ１２ａ〜１２ｎには、その磁束１５の変化を妨げる方向に誘導起電力が生じる。例えば、図５で示すように支持導体１３に鎖交する磁束がＸ軸の負方向に（紙面表から裏へ向かって）増加するならば、ヒューズ１２ａには矢印Ａ方向を正とする誘導起電力が生じ、ヒューズ１２ｎにも矢印Ｂ方向を正とする誘導起電力が生じる。従って、導体１３には、矢印方向に誘導電流Ｉが流れる。
【０００８】
このような状態を図６、図７の回路図で説明する。リアクトル１４に電流ＩLが流れると図７に示すように磁束１５が発生し、この磁束１５により誘導起電力が発生するため電流Ｉが流れる。ＩLが全て理想的にヒューズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに分流したとすれば、Ｉa＝ＩL／４＋Ｉ，Ｉd＝ＩL／４−Ｉとなり、ヒューズ１２ａ，１２ｄで流れる電流が異なるため、ヒューズ１２ａ，１２ｄ間で温度差が生じる。
【０００９】
このように、リアクトル１４に流れる負荷電流が各ヒューズ１２ａ〜１２ｄに理想的に分流されても、誘導電流Ｉが流れるため、各ヒューズに流れる電流はアンバランスになり、各ヒューズに温度差が生じ、場合によっては多く流れる方のヒューズが不正に溶断するという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、リアクトル１４による磁束の変化により生ずる各ヒューズ１２ａ〜１２ｎに流れる誘導電流をなくし、負荷電流が各ヒューズ１２ａ〜１２ｎに均等に分流することにより、一部のヒューズのみが不正に溶断しなくなるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る電力変換装置は、リアクトルの中心線を含む同一平面上に複数のヒューズを配置し、これらヒューズを並列に接続した支持導体とリアクトルとスイッチング素子とを直列に接続したものである。
【００１２】
又、この発明の請求項２に係る電力変換装置は、リアクトルの中心線から等距離の位置に複数個のヒューズを配置し、これらヒューズを並列に接続した支持導体とリアクトルとスイッチング素子とを直列に接続したものである。
【００１３】
更に、この発明の請求項３に係る電力変換装置は、リアクトルの中心線に対し平行にかつリアクトルと隣り合う位置に複数のヒューズを配置し、これらヒューズを並列に接続した支持導体とリアクトルとスイッチング素子とを直列に接続したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施形態による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図である。図において、１は自己消弧型スイッチング素子、２ａ〜２ｎは自己消弧型スイッチング素子１に対しｎ個並列に接続されたヒューズであり、回路条件で決まる通電電流最大値がヒューズ２ａ〜２ｎのうちの１個の定格容量を超える場合、当該ヒューズは溶断されるようになっている。３は複数のヒューズ２ａ〜２ｎを並列に接続するための支持導体であり、この支持導体３と自己消弧型スイッチング素子１とは直列に接続されている。４は自己消弧型スイッチング素子１が破壊に至るようなストレスを与えないように電流上昇率を抑制するため、自己消弧型スイッチング素子１に対して直列に接続されたリアクトル、５はリアクトル４により発生する磁束である。
【００１５】
ここにおいて、各ヒューズ２ａ〜２ｎはリアクトル４の中心線Ｏを含む同一平面上に配置して、それぞれを支持導体３によって並列に接続し、更に支持導体３とリアクトル４とを直列に接続するものである。
【００１６】
次に動作について説明する。図１において、自己消弧型スイッチング素子１が異常動作をしたとき、短絡電流が流れてヒューズ２ａ〜２ｎが溶断し、装置の事故の拡大を防止する。
【００１７】
そして、自己消弧型スイッチング素子１がオン、あるいはオフすることにより、リアクトル４に流れる負荷電流が変化し、それに伴いリアクトル４から発生する磁束５も変化する。
【００１８】
しかし本発明においては、上記に示したように、リアクトル４の中心線Ｏを含む同一平面上に各ヒューズ２ａ〜２ｎを並列に接続する支持導体３が構成されているので、磁束５は支持導体３あるいは各ヒューズ２ａ〜２ｎに誘導起電力を発生させる方向（Ｘ軸方向）に鎖交しない。従って各ヒューズ２ａ〜２ｎには誘導電流は流れず、リアクトル４に流れる負荷電流は各ヒューズ２ａ〜２ｎに均等に分流するので、各ヒューズには温度差が生じず、電流が多く流れる特定のヒューズが不正に溶断するようなことがない。更にヒューズ寸法が小さいうちはこのような構造でもアンバランスは改善することができ、コストアップすることなく各ヒューズ間の温度差を小さくすることのできる、自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を得ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図であり、ヒューズ４個を使用した場合を示している。図において、１は自己消弧型スイッチング素子、２ａ〜２ｄはヒューズ、３は複数のヒューズ２ａ〜２ｄを並列接続した支持導体、４はリアクトルである。
【００２０】
本発明によれば、リアクトル４の中心線Ｏと各ヒューズ２ａ〜２ｄまでの距離が等しくなるように、各ヒューズ２ａ〜２ｄを等間隔に配置して並列接続しており、更に導体３の中心とリアクトル４を中心線上Ｏで接続する。
【００２１】
次に動作について説明する。
【００２２】
図２の自己消弧型スイッチング素子１がオン、あるいはオフすることにより、リアクトル４に流れる負荷電流が変化し、それに伴いリアクトル４から発生する磁束５も変化する。
【００２３】
図２で示すように磁束５は、中心線Ｏからある角度で各ヒューズ２ａ〜２ｄに等しく鎖交するので、各ヒューズ２ａ〜２ｄに発生する誘導起電力は同じ大きさで、同じ向きとなるためお互いに打ち消し合う。従って各ヒューズ２ａ〜２ｄには誘導電流は流れず、リアクトル４に流れる負荷電流は各ヒューズ２ａ〜２ｄに均等に分流するので、各ヒューズには温度差が生じず、電流が多く流れる特定のヒューズが不正に溶断するようなことがない。
【００２４】
このことを図３の自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す回路図で説明する。図において、Ｌはリアクトル４のインダクタンス、ＩLはリアクトル４を流れる電流、Ｉa，Ｉb，Ｉc，Ｉdはそれぞれヒューズ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを流れる電流である。
【００２５】
図２に示すように、ヒューズ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは中心線Ｏから等しい距離に配置されているので、磁束５が各ヒューズに鎖交しても、ヒューズ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに発生する誘導起電力は同じ大きさでありかつ同じ向きとなるので、誘導起電力により発生する電流Ｉはお互いに打ち消し合い、Ｉa＝Ｉb＝Ｉc＝Ｉd＝ＩL／４となり、リアクトル４に流れる負荷電流ＩLは各ヒューズに均等に分流するのである。
【００２６】
尚、上記においては、ヒューズが４個の場合を示したが、２個以上の複数個のヒューズを中心線Ｏに対してそれぞれ等距離に（理想的には点対称に）配置すれば、誘導起電力により発生する電流はお互いに打ち消されることとなる。
【００２７】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図であり、ヒューズ４個を使用した場合を示している。図において、１は自己消弧型スイッチング素子、２ａ〜２ｄはヒューズ、３は複数のヒューズ２ａ〜２ｄを並列接続した支持導体、４はリアクトルである。
【００２８】
図に示すように、各ヒューズ２ａ〜２ｄをリアクトル４の中心線Ｏに対し平行にかつリアクトル４と隣り合うように各々を配置し、支持導体３で並列接続する。
【００２９】
そして、支持導体３の中心とリアクトル４の中心線Ｏで接続する。
【００３０】
次に動作について説明する。
【００３１】
自己消弧型スイッチング素子１がオン、あるいはオフすることにより、リアクトル４に流れる負荷電流が変化し、それに伴いリアクトル４から発生する磁束５も変化する。
【００３２】
図４で示すように、磁束５は、各ヒューズ２ａ〜２ｄに誘導起電力を発生させる方向に鎖交しない。従って、各ヒューズ２ａ〜２ｄに誘導電流は流れず、リアクトル４に流れる負荷電流は各ヒューズ２ａ〜２ｄに均等に分流するので、各ヒューズには温度差が生じず、電流が多く流れる特定のヒューズが不正に溶断するようなことがない。
【００３３】
尚、図４においては、リアクトル４の中心線Ｏから４個のヒューズ２ａ〜２ｄまでの距離が等しくなるように各ヒューズを配置した場合を示したが、磁束５は各ヒューズに誘導起電力を発生させる方向に鎖交しないので、距離を等しく配置する必要はない。ただし万全を期すため、各ヒューズをリアクトル４の中心線から等しい距離に配置すれば有効であることはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１に係る電力変換装置によれば、リアクトルの中心線を含む同一平面上に複数のヒューズを配置し、これらヒューズを並列に接続した支持導体とリアクトルとスイッチング素子とを直列に接続することにより、各ヒューズがリアクトルから発生する磁束の影響を受けないように構成されているので、各ヒューズに誘導電流が流れず、リアクトルに流れる負荷電流は均等に各ヒューズに分流し、各ヒューズには温度差が生じず、電流が多く流れる特定のヒューズが不正に溶断するようなことがない。更にヒューズ寸法が小さいうちはこのような構造でもアンバランスは改善することができ、コストアップすることなく各ヒューズ間の温度差を小さくすることのできる、自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を得ることができる。
【００３５】
又、この発明の請求項２に係る電力変換装置によれば、リアクトルの中心線から等距離の位置に複数個のヒューズを配置し、これらヒューズを並列に接続した支持導体とリアクトルとスイッチング素子とを直列に接続し、リアクトルから発生する磁束の影響が各ヒューズに均等に及ぶようにしたので、各ヒューズに生じる誘導起電力の向きと大きさが等しくなり誘導電流は打ち消し合う。従って、リアクトルに流れる負荷電流は各ヒューズに均等に分流するため、各ヒューズには温度差が生じず、電流が多く流れる特定のヒューズが不正に溶断することがなくなる効果がある。
【００３６】
更に、この発明の請求項３に係る電力変換装置によれば、リアクトルの中心線に対し平行にかつリアクトルと隣り合う位置に複数のヒューズを配置し、これらヒューズを並列に接続した支持導体とリアクトルとスイッチング素子とを直列に接続し、リアクトルによる磁束が各ヒューズに誘導起電力を発生させる方向に鎖交しないようにしたので、リアクトルに流れる負荷電流は各ヒューズに均等に分流し、各ヒューズには温度差が生じず、電流が多く流れる特定のヒューズが不正に溶断することがなくなる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置の動作を説明するための回路図である。
【図４】  この発明の実施の形態３による自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図である。
【図５】  この発明の従来の自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置を示す斜視図である。
【図６】  従来の自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置の動作を説明するための回路図である。
【図７】  従来の自己消弧型スイッチング素子を利用した電力変換装置の動作を説明するための回路図、図６を側面からみた図である。
【符号の説明】
１  スイッチング素子、２ａ〜２ｎ  ヒューズ、４  リアクトル。
【図１】
0003698375.tif 000002
【図２】
0003698375.tif 000003
【図３】
0003698375.tif 000004
【図４】
0003698375.tif 000005
【図５】
0003698375.tif 000006
【図６】
0003698375.tif 000007
【図７】
0003698375.tif 000008