(57)【要約】  本発明は主に誘導性の特性を有するインピーダンス（２）への接続のための装置に関係する。装置はリアクタンス素子（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）を備える。さらに、装置は、装置が使用中に少なくとも２つの出力信号の高周波差成分を実質的に濾波するよう構成されるように、並列電源のため電気インバータの出力信号を入力する入力（Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２，Ｖ１，Ｖ２）と、インピーダンスの位相に対する電源端子への接続のための少なくとも１つの出力とが設けられている。
2009516999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に誘導性の特性を有するインピーダンスへの接続のための装置であって、リアクタンス素子を備え、並列電源のための電気インバータの出力信号を入力する入力と前記インピーダンスの位相に対する電源端子への接続のための少なくとも１つの出力とをさらに備え、使用中に少なくとも２個の出力信号の高周波差成分を実質的に濾波するように構成されている装置。
【請求項２】
主に誘導性の特性を有する三相インピーダンスへの接続のための出力を備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記リアクタンス素子が電圧源インバータをデカップリングする誘導素子を備える、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記リアクタンス素子が電流源インバータをデカップリングする容量素子を備える、請求項１又は２記載の装置。
【請求項５】
前記インピーダンスが電気駆動装置を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記インピーダンスがコンプレッサ駆動装置を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記インピーダンスが高い定格速度を有する駆動装置を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記装置が前記インピーダンスに配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記誘導素子が前記インピーダンスの巻線のパッケージによって少なくとも部分的に形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記インバータのスイッチング時点に差がある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
パルス期間中に前記リアクタンス素子へ入力された１個の出力信号が変化しないように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
パルス期間中に前記リアクタンス素子の出力電圧が、前記電圧が所定の基準電圧に最も接近する２つの状態だけを備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記主に誘導性の特性を有するインピーダンスがアクティブフロントエンド及び／又はアクティブフィルタアプリケーションを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
並列電源のための電気インバータの間で切り替わるようにさらに構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に誘導性の特性を有するインピーダンス、たとえば、電気モータへの接続のための装置に関係する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、コンプレッサ用の電気モータは、端子を介して、実際には、たとえば、インバータを備える電気アクチュエータユニットに接続されている。比較的高い周波数で、インバータはパルスの形をした高電圧と低電圧及び／又は高電流と低電流を生じる。電気駆動装置の誘導性の特性によって、最適設計条件で所定の基準電圧に接近する平均電圧が生成される。
【０００３】
しかし、基本周波数をもつ平均電圧の他に、インバータのスイッチング挙動の結果として、高調波が含まれている電圧成分もまた存在する。高調波が含まれている電圧成分は、簡単に高調波と呼ばれるが、電気駆動装置に高周波電流を生じさせ、結果として、偶力変動を伴う。これは、速度の揺らぎだけでなく、望ましくない駆動装置の加熱を招く電気的損失の原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、誘導インピーダンスへの接続のための装置について熟慮し、それによって、上記の欠点を打ち消している。実際には、本発明は、高調波を伴う電圧成分の生成が妨げられる、主に誘導性の特性を有するインピーダンスへの接続のための装置を達成することを目的としている。そのために、この装置はリアクタンス素子を備え、その上、この装置は、この装置が使用中に少なくとも２つの出力信号の高周波差成分を実質的に濾波するよう構成されるように、並列電源のため電気インバータの出力信号を入力する入力と、インピーダンスの位相に対する電源端子への接続のための少なくとも１つの出力とがさらに設けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電気インバータの出力信号をリアクタンス素子に与えることにより、２個以上の出力信号の高周波差成分が実質的に濾波され得るのは有利である。主に誘導性の特性を有するインピーダンスの位相に対する電源端子に接続する少なくとも１つの出力は、このようにして、原出力信号の少なくとも１個の高周波差成分が実質的に除去されている作動信号を発生させることが可能である。その結果として、高調波を伴う電圧成分の量、及び、作動信号全体での高周波のエネルギー成分が減少する。
【０００６】
その結果、主に誘導性の特性を有するインピーダンスの偶力変動は、より一定に保たれるので、速度の揺らぎ、そして、インピーダンスの望ましくない加熱と、早期の老朽化とが打ち消される。その上、消費されるエネルギーが少なくなるので、システムの効率が増大する。濾波された差成分の周波数は基本周波数に関して高いということに注意を要する。
【０００７】
並列電源で複数台のインバータを用いることにより、さらに、離散的な電圧レベルの個数が増加するので、所定の基準電圧に関する差がさらに削減される。電源端子における電源のオーバーシュート及び立ち上がり時間もまた減少する。これは、コモンモード信号とも呼ばれる電気出力信号のコモン信号を削減するので、たとえば、電気機械にあるベアリング内の望ましくない電流もまた削減される。さらに、その結果として、主に誘導性の特性を有するインピーダンスの巻線の機械応力が減少する。さらに、電磁気互換性問題がその結果として緩和される。その上、全体のより最適な動作により、インバータのパルス周波数をより低く設定することが可能であるので、インバータ内の損失がさらに減少する。
【０００８】
本発明による装置は、たとえば、三相電源のための、単一巻線又は多重巻線のいずれかを有する主に誘導性の特性のインピーダンスに適用され得ることに注意を要する。
【０００９】
リアクタンス素子は誘導素子として設計されているので、電圧源タイプのインバータの出力信号はデカップリングされるのが有利である。リアクタンス素子をそうではなくて、たとえば、容量素子として設計することは当然に可能である。このようにして、特に電流源タイプのインバータの出力信号がデカップリングされ、すなわち、２個の出力信号のうちの少なくとも１つの高周波差成分が実質的に濾波され得る。
【００１０】
コモンモードチョークと呼ばれることもあるコイルを使用してコモンモード信号を低減する誘導システムが知られていることに注意を要する。このようして、高周波差信号は、比較的容易に実質的に通過させられ、一方、２個の入力信号の共通部分は実質的に濾波され得る。
【００１１】
付随的に、単一のリアクタンス素子ではなく、たとえば、二相以上の位相をもつ電源の場合に、又は、高調波をさらに低減するため、複数個のリアクタンス素子が本発明による装置に使用され得る。
【００１２】
インバータの出力に接続されている従来型の出力コイルを使用するとき、寸法、したがって、費用は全相電流に依存する。本発明による装置の場合、リアクタンス素子の寸法は差信号に依存する。差信号は、本来なら、インピーダンスのための全通過電源信号のうちのほんの僅かな部分に相当する。リアクタンス素子の寸法は比較的小さいままであるため、費用便益が得られる。
【００１３】
簡潔に言うと、本発明による装置は比較的高い速度での電気駆動装置の作動に用途が見出される。なぜならば、インバータの出力に接続されている従来型の出力コイルの使用は、過剰な損失と、電源電圧の基本周波数に依存する電圧降下とを引き起こすからである。本発明による装置での電圧降下は実際には存在しないままであるので、装置は主に誘導性の特性のインピーダンスが与えられ、定格速度が比較的高く設定できるのが有利である。
【００１４】
さらに、リアクタンス素子に入力された個別の信号のスイッチング時点が互いに別々に設定されているとき、２個の出力信号の差信号はより一層効率的に濾波され得る。なぜならば、高調波の結果としての第１の出力信号における信号寄与分は、このとき、高調波の結果としての第２の出力信号における信号寄与分と異なるからである。両方の出力信号をリアクタンス素子に入力することにより、差信号を形成する高調波は実質的に濾波され得る。
【００１５】
かくして、インバータを切り替えるアルゴリズムは、各パルス期間中に、リアクタンス素子に入力された１個の出力信号が変化しないように取り決められ得る。当然ながら、異なるアルゴリズム、たとえば、各パルス期間中に、１個の出力信号だけが変化するアルゴリズムを設計することが可能である。さらに、各パルス期間中のリアクタンス素子の出力電圧は電圧が所定の基準電圧に最も接近する２つの状態だけを備える、という戦略が選択され得る。
【００１６】
本発明のさらなる有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１７】
本発明は図面に示されている典型的な実施形態に基づいてさらに説明されている。
【００１８】
図は本発明の概略的な表現にすぎず、もっぱら非限定的な典型的な実施形態としてのみ与えられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は主に誘導性の特性を有するインピーダンス２に接続されている本発明による装置１の第１の実施形態の概要図である。装置１は、誘導素子として、より詳しくは変圧器３として設計されたリアクタンス素子を備える。変圧器３の２本のアームの巻数は一致しているので、１からの電圧変換が実現される。変圧器３は、Ｕ１及びＵ２として記号的に表現された並列電源のための電気インバータの出力信号を入力する入力が設けられている。第１の入力を介して、第１の電流Ｉ１が変圧器の第１の巻線を流れ、第２の入力を介して、第２の電流Ｉ２が第１の電流Ｉ１と反対向きに変圧器３の第２の巻線を流れる。第１の巻線の両端には、電圧ＵＬが存在する。コモンモード信号とも呼ばれるＩ１とＩ２の和信号は変圧器３の磁気コアに逆の磁束を発生させるので、和信号は妨害されずに通過する。差動モード信号とも呼ばれるＩ１とＩ２の差信号は正味の磁束を発生させるので、差信号、確実に差信号の高周波成分は打ち消される。よって、変圧器３の出力で、２個の出力信号Ｉ１及びＩ２のうちの少なくとも一方の高周波差成分は実質的に濾波される。
【００２０】
変圧器の出力は接続され、主に誘導性の特性を有するインピーダンス２の位相に対する電源端子につながる。このように、結果として生じる、濾波された信号は、主に誘導性の特性を有するインピーダンス２に与えられる。主に誘導性の特性を有するインピーダンス２の両端には、電圧ＵＬＯＡＤが存在する。
【００２１】
図２は主に誘導性の特性を有するインピーダンスに接続されている本発明による装置１の第２の実施形態の概要図である。主に誘導性の特性を有するインピーダンスは、三相の電気機械２として設計されている。電気機械２は、たとえば、モータ又は発電機アプリケーションのための電気駆動装置として使用され得る。その上、電気駆動装置はコンプレッサにも用いられる。さらに、主に誘導性の特性を有する異なるタイプの負荷が、たとえば、アクティブフロントエンド及び／又はアクティブフィルタアプリケーションにも用いられる。
【００２２】
本発明による装置１の第１の実施形態の場合と同様に、図２に明示的に示されている２台のインバータ４、５は、電気機械２を作動させる電気出力電圧を発生させる。しかし、インバータ４、５は、それぞれが、三相Ｕｕ１、Ｕｖ１、Ｕｗ１及びＵｕ２、Ｕｖ２、Ｕｗ２をもつ出力電圧を発生させるように構成されている。各相の行程区間は２つ一組で、たとえば、図１に関連して説明された変圧器のように設計されている本発明による装置１の誘導素子３Ａ、３Ｂ及び３Ｃへ入力される。各誘導素子３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの出力信号は、電気機械２の位相に対する電源端子に供給される。図１に関連して説明されているのと同様に、電気機械２は、このようにして、２個の出力信号のうちの少なくとも一方の高周波差成分が実質的に濾波されている信号が供給される。
【００２３】
図３は主に誘導性の特性を有するインピーダンスに接続されている本発明による装置１の実際的な第３の実施形態の概要図である。装置１は、図２の装置１の場合と同様に、上述されている方法と適合した方法で接続されている３台の変圧器３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを備える。さらに、変圧器３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの出力端子は三相電気駆動装置２の電源端子に接続されている。端子は、２個の絶縁スターポイントをもつ２層巻線８の始点及び／又は終点である。
【００２４】
図２からの類推により、図４は単相誘導インピーダンス２に接続されている本発明による装置１の第４の実施形態の概要図である。２台のインバータの代わりに、本実施形態では、３台のインバータが３個の出力電圧Ｕ１、Ｕ２及びＵ３を発生させるため使用されている。合成された誘導素子３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ及び３Ｇによって、装置１の使用中に、３個の出力信号Ｕ１、Ｕ２及びＵ３の高周波差成分が実質的に濾波される。図３に示されている方法と同様の方法で、図４からの装置を使用して、三相電気機械の作動が実現され得る。当然ながら、同様に、図４からの装置１と同じ機能又は実質的に同じ機能を実現する他の回路が構築され得る。設計の際に、各行程区間に平均的に等しい出力電流を流し、かつ、誘導素子３に同数の逆向きの巻線を設けることによって、すなわち、正の向きに磁場を発生させる巻線の本数が負の向きに磁場を発生させる巻線の本数と等しくなるようにすることによって、装置の飽和が阻止され得る。
【００２５】
図５、６及び７は、それぞれ、主に誘導性の特性を有するインピーダンスの電源端子に与えられた結果として生じる電圧、インバータの出力電流強度、及び、電源端子を介して主に誘導性の特性を有するインピーダンスに供給された電流強度のグラフ表現の図である。
【００２６】
水平軸は時間を表現し、０〜５ｍｓの区間で公知の従来技術による単一のインバータによって制御された三相電気機械の状況を表している。５〜１０ｍｓの区間は、図２に示されているような並列電源のための２台のインバータによって制御された三相電気機械の状況を表し、１０〜１５ｍｓの間隔は、並列電源のための３台のインバータによって制御された三相電気機械の状況を表し、３台のうちの１台のインバータが図４に示されている。
【００２７】
図５は、電気機械に与えられた第１の位相と第２の位相との間の電圧差Ｕ１２の所定の基準電圧２０を示している。図示された例では、（複数台の）インバータの操作された出力信号は、３レベルをもつパルス符号変調２１である。並列電源と共に３台以上のインバータを使用することにより、離散的なレベルの個数は増加し、すなわち、５〜１０ｍｓの区間及び１０〜１５ｍｓの区間を参照すると、それぞれ、５及び７である。
【００２８】
図６は、上記の区間において、三相すべてについてのインバータからの対応する電気出力電流ｉｉｎｖを表している。個別のインバータからの信号の振幅は減少することが明瞭に認められる。しかし、この減少は信号を合成することによって補償される。
【００２９】
さらに、図７は、電気機械の３つの位相に与えられる、結果として生じる電気電流ｉｍｏｔを表している。本発明によれば、電流信号上のリップルは、並列接続されたインバータの台数の増加に伴って減少する。これは高調波の濾波によってもたらされる。
【００３０】
本発明は本明細書に記載されている典型的な実施形態に限定されない。多数の変形が可能である。
【００３１】
たとえば、誘導素子は、変圧器として設計できるだけでなく、トロイド、チョーク、フェライトリング、鉄心、コモンモードチョーク、電流補償チョークなどのような異なる誘導素子としても設計可能である。
【００３２】
さらに、リアクタンス素子を備える、主に誘導性の特性を有するインピーダンスへの接続のための装置は、主に誘導性の特性を有するインピーダンスに配置されることがある。本発明による一実施形態では、誘導素子は、主に誘導性の特性を有するインピーダンスの巻線のパッケージによって少なくとも部分的に形成されている。しかし、主に誘導性の特性を有するインピーダンスの外側に、装置を別々に配置することも可能である。さらに、装置は１台以上のインバータに配置され得る。
【００３３】
その上、インバータの出力信号のためのパルス符号変調の代わりに、たとえば、ヒステリシス制御のような異なる技術が使用され得る。
【００３４】
さらに、電気的交流電流機械の代わりに、異なるタイプの主に誘導性の特性を有するインピーダンス、たとえば、ＤＣ電流及び／又はＤＣ電圧によって給電される電気機械を使用することが可能である。
【００３５】
さらに、主に誘導性の特性を有するインピーダンスは、たとえば、モータと同様に電気エネルギーを機械エネルギーに変換する負荷として作動することが可能であるが、発電機と同様に電気エネルギーを発生させる供給源として作動することも可能である。
【００３６】
このような変形例は当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲に含まれることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】主に誘導性の特性を有するインピーダンスに接続されている本発明による装置の第１の実施形態の概要図である。
【図２】主に誘導性の特性を有するインピーダンスに接続されている本発明による装置の第２の実施形態の概要図である。
【図３】主に誘導性の特性を有するインピーダンスに接続されている本発明による装置の第３の実施形態の概要図である。
【図４】主に誘導性の特性を有するインピーダンスに接続されている本発明による装置の第４の実施形態の概要図である。
【図５】主に誘導性の特性を有するインピーダンスの電源端子に与えられた、結果として生じる電圧のグラフ表現の図である。
【図６】インバータの出力電流強度のグラフ表現の図である。
【図７】電源端子を介して主に誘導性の特性を有するインピーダンスに与えられた電流強度のグラフ表現の図である。
【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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【国際調査報告】
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