(57)【要約】【課題】  コモンモードによる電流リップルが負荷側に与える影響を低減することが可能な電源装置を提供する。【解決手段】  交流を直流に変換する交直変換器３と、この交直変換器３の直流出力に含まれるリプルを低減するフィルタ５と、前記交直変換器３の入力側に設けられた第１の接地コンデンサ１５と、前記フィルタ５の出力側に設けられた第２の接地コンデンサ１６とを具備し、前記第１の接地コンデンサ１５の接地点と、前記第２の接地コンデンサ１６の接地点とを第１の接地導体１２ａ、１２ｂに接続し、この第１の接地導体を１点接地するように構成する。【選択図】  図１
2006129591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する交直変換器と、
この交直変換器の直流出力に含まれるリプルを低減するフィルタと、
前記交直変換器の入力側に設けられた第１の接地コンデンサと、
前記フィルタの出力側に設けられた第２の接地コンデンサと
を具備し、
前記第１の接地コンデンサの接地点と、前記第２の接地コンデンサの接地点とを
第１の接地導体に接続し、
この第１の接地導体を１点接地したことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記交直変換器の直流出力を、直流リアクトルを介して前記フィルタに給電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記交直変換器、前記フィルタ及び前記第１の接地導体を絶縁物によって対地絶縁したことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記交直変換器、前記フィルタ、前記直流リアクトル及び前記第１の接地導体を絶縁物によって対地絶縁したことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記交直変換器、前記フィルタ及び前記直流リアクトルの少なくとも１つを冷却するための冷却水配管を絶縁物によって対地絶縁したことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項６】
前記交直変換器の入力変圧器を絶縁物によって対地絶縁し、この入力変圧器のアース部を前記１点接地点と接続される第２の接地導体に１点接地したことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記フィルタの出力側に接続される負荷を絶縁物によって対地絶縁し、この負荷のアース部を前記１点接地点と接続される第２の接地導体に１点接地したことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記フィルタの中点を、ダンピング抵抗を介して前記第１の接地導体に接地したことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項９】
前記フィルタと並列に同調フィルタを接続し、この同調フィルタの中点を、同調フィルタ用ダンピング抵抗を介して前記第１の接地導体に接地したことを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
交流を直流に変換する交直変換器と、
交直変換器の直流出力に含まれるリプルを低減するフィルタと、
前記交直変換器の入力側に設けられた第１の接地コンデンサと、
前記フィルタの出力側に設けられた第２の接地コンデンサと、
前記第１の接地コンデンサの中点と前記第２の接地コンデンサの中点とが接地線で接続され、接地極に１点接地される第１の接地導体と
で単位電源装置を構成し、
前記単位電源装置と負荷とを夫々複数台交互に直列接続し、
各々の前記単位電源装置が供給する電圧で分割した負荷毎に第３の接地導体を設け、
この第３の接地導体とこれに対応する前記分割された負荷のアース部を接続し、
前記第１の接地導体と前記第３の接地導体とを接続したことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電力を供給する電源装置に係り、特に出力リプルを低減した電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば医療・物理学研究に用いられる加速器用電磁石電源は、高エネルギーの陽子ビームを生成するために、電磁石コイルを高精度で励磁する必要がある。このため、電源は、定格直流電流Iｏに対し、電流リプルΔIｒの正規化値(ΔIｒ／Iｏ)は１０のマイナス６乗オーダ以下に低減することが求められる。
【０００３】
このような電流リプルを低減する電源装置として、高次の周波数成分はローパスフィルタを用い、低次の周波数成分に対しては、ＩＧＢＴ等の自己消弧型のスイッチング素子と抵抗の直列回路を負荷と並列に接続し、低周波の電流リプルを補償するようにスイッチング素子をオンオフ制御する方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
この特許文献１に示された電源装置では、一般に素子のスイッチング操作を高周波化することによりローパスフィルタの低減効果を向上させて所謂ノーマルモード（電源ライン）の電流リプルを低減することが可能である。
【０００５】
ところが、この高周波化により、電源装置を構成する要素機器や負荷の浮遊キャパシタンスに所謂コモンモード（電源ライン−大地間）の漏洩電流が生じ、コモンモードの電流リプルが増加してしまう場合がある。特に、近年では電源装置の大容量化に伴う高電圧・大電流のスイッチングや、機器の大型化に伴う浮遊キャパシタンスの増大等により、コモンモードリプルが顕在化してきている。
【０００６】
この浮遊キャパシタンスによるコモンモードの高周波電圧（電流）の抑制手段として、接地コンデンサを設ける方法があり、交直変換器の入力である交流ラインに主回路と大地間の浮遊キャパシタンスより十分に大きい接地コンデンサを設ける方法が提案されている（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１８８４６号公報（第４−６頁、図３）
【特許文献２】特開平８−１１１９８４号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に示された手法によれば、コモンモードの高周波電圧を電源側に生じさせないようにすることは可能であるが、負荷側には依然として電流リップルが生じるという問題が残る。
【０００８】
本発明は上記に鑑みて為されたものであり、コモンモードによる電流リップルが負荷側に与える影響を低減することが可能な電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の電源装置は、交流を直流に変換する交直変換器と、この交直変換器の直流出力に含まれるリプルを低減するフィルタと、前記交直変換器の入力側に設けられた第１の接地コンデンサと、前記フィルタの出力側に設けられた第２の接地コンデンサとを具備し、前記第１の接地コンデンサの接地点と、前記第２の接地コンデンサの接地点とを第１の接地導体に接続し、この第１の接地導体を１点接地したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コモンモードによる電流リプルが負荷側に与える影響を低減することが可能な電源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る電源装置の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係る電源装置の構成図である。
【００１３】
交流電源１から供給される３相交流電圧は入力変圧器２によって降圧され、交直変換器３に供給される。交直変換器３は交流入力を直流出力に変換し、直流リアクトル４及びローパスフィルタ５を介して負荷コイル６に直流を供給する。負荷電流は電流検出器７により検出され、図示しない交直変換器３の制御部分に使用されている。
【００１４】
交直変換器３は変換器盤８に、直流リアクトル４はリアクトル盤９に、またローパスフィルタ５はフィルタ盤１０に夫々収納されている。
【００１５】
ＭＷ級の大容量の電源装置においては、交直変換器３や直流リアクトル４の冷却に水冷方式が使用される場合があり、上記各盤の筺体内には冷却水配管１１が引き込まれている。また、変換器盤８、リアクトル盤９及びフィルタ盤１０には接地用の接地母線１２ａ、１２ｂ及び１２ｃが夫々設けられている。更にこれらの盤は、チャンネルベース１３を介して大地に対し構造的に固定されている。
【００１６】
浮遊キャパシタンス１４ａ及び１４ｂは盤筐体内の機器、例えば直流リアクトル４と大地間に存在する浮遊キャパシタンスを代表して表したものである。
【００１７】
交直変換器３の入力側には接地コンデンサ１５が設けられ、この３相の中点である接地点は接地母線１２ａに接続されている。また、交直変換器３の出力側には接地コンデンサ１６が設けられ、この中点である接地点は接地母線１２ｃに接続されている。そしてこれらの接地母線１２ａ、１２ｂ及び１２ｃは互いに接続され、接地母線１２ｃの端部から接地銅板１７を介して接地極に１点接地されている。
【００１８】
電源装置を構成する機器を収納した変換器盤８、リアクトル盤９及びフィルタ盤１０のチャンネルベース１３の上部には、電源装置を構成する機器及び接地母線１２ａ、１２ｂ及び１２ｃを大地と絶縁するための絶縁板１９が配置されている。同様に、冷却水配管１１における変換器盤８、リアクトル盤９及びフィルタ盤１０の筐体とのフランジ取り合いの部分には、絶縁パッキン１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを夫々挿入して大地との絶縁を図っている。上記絶縁板１９及び絶縁パッキン１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの絶縁構造としては、図示していないが絶縁ボルトや絶縁カラー等を併せて使用することにより連結部での絶縁を確保するように構成する。
【００１９】
接地コンデンサ１６は、フィルタ盤１０の筐体内に前述の特許文献１に示されている図示しないリプル補償用のスイッチング素子が使用されている場合は、その出力側に配置するようにし、交流端の接地コンデンサ１５とこの直流端の接地コンデンサ１６で交直変換器３やリプル補償器内のスイッチング素子を挟み込むように接地母線１２ａ及び１２ｃに接続する。入力変圧器２のシールドアース部及び負荷コイル６のアース部は、接地母線１２ａ、１２ｂ及び１２ｃより更に低インピーダンスの接地銅板１７（例えば幅３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度。）に接続する。そしてこの接地銅板１７は低インピーダンスの接地極に1点接地する。
【００２０】
以上の構成における作用効果について以下説明する。
【００２１】
まず、交直変換器３のスイッチングによって生ずるコモンモードノイズは、浮遊キャパシタンス１４ａ、１４ｂを介して大地に接地電流として流出するが、この浮遊キャパシタンス１４ａ、１４ｂのインピーダンスは、交流側の接地コンデンサ１５及び直流側の接地コンデンサ１６の接地インピーダンスに比べて無視できる程度の高インピーダンスであるため、コモンモードノイズによる対地漏洩電流は、交流端の接地コンデンサ１５と直流端の接地コンデンサ１６間で循環し、変換器盤８、リアクトル盤９及びフィルタ盤１０から外部へ流出する漏洩電流を著しく低減することが可能となる。
【００２２】
更に、絶縁板１９並びに絶縁パッキン１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの絶縁効果により、浮遊キャパシタンス１４ａ、１４ｂは、対接地母線１２ａ、１２ｂ及び１２ｃの浮遊キャパシタンスに限定することが可能となり、上記の漏洩電流の低減に大きく寄与するばかりでなく、浮遊キャパシタンス１４ａ、１４ｂの容量自体も低減することが可能となる。
【００２３】
また、主に巻線とシールドアース間に形成される入力変圧器２の浮遊キャパシタンスや負荷コイル６の浮遊キャパシタンスは、対低インピーダンスの接地銅板１７を介して形成されやすくなるが、入力変圧器２のシールドアース部及び負荷コイル６のアース部を直接接地銅板１７に接地するようにしたので、変圧器２や負荷コイル６からの漏洩電流を低減することができる。
【００２４】
従って、電源装置の構成機器からの漏洩電流が盤外部にでることを抑制できると共に、入力変圧器や負荷コイルからの漏洩電流を低減して負荷コイルに流れるコモンモードリプルを低減することが可能となる。
【００２５】
尚、この実施例１の図１において、交直変換器３は所謂電流型変換器としているが、これは電圧型変換器であっても良い。その場合は直流リアクトル４を省略できる。
【実施例２】
【００２６】
次に本発明の実施例２に係る電源装置を、図２を参照して説明する。
【００２７】
図２は本発明の実施例２に係る電源装置の構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、入力変圧器２を、チャンネルベース１３ａを有する変圧器盤２０に収納し、変圧器２のシールドアース部を盤内の接地母線１２ｄに接続し、接地母線１２ｄとチャンネルベース１３ａ間に絶縁板１９ａを設け、接地母線１２ｄを接地銅板１７に１点接地するようにした点である。
【００２８】
このような構成とすることにより、変圧器盤２０と変換器盤８との接触等による浮遊キャパシタンス形成の経路変更を避けるとともに、入力変圧器２を大地と絶縁して１点接地することにより、変圧器２の浮遊キャパシタンスを対接地母線１２ｄに限定し、コモンモードノイズの対接地銅板１７以外への漏洩を防止する。
【００２９】
従って、入力変圧器からの漏洩電流を更に低減して負荷コイルに流れるコモンモードリプルを低減することが可能となる。
【実施例３】
【００３０】
次に本発明の実施例３に係る電源装置を、図３を参照して説明する。
【００３１】
図３は本発明の実施例３に係る電源装置の構成図である。この実施例３の各部について、図２の実施例２に係る電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、負荷コイル６を、絶縁板１９ｂを介してチャンネルベース１３ｂ上に設置するようにした点である。
【００３２】
このように負荷コイル６を大地と絶縁して１点接地することにより、負荷コイル６の浮遊キャパシタンスの形成が対接地銅板１７に限定されることになり、負荷コイル６からの漏洩電流を更に低減して負荷コイルに流れるコモンモードリプルを低減することが可能となる。
【実施例４】
【００３３】
次に本発明の実施例４に係る電源装置を、図４を参照して説明する。
【００３４】
図４は本発明の実施例４に係る電源装置の構成図である。この実施例４の各部について、図１の実施例１に係る電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、ローパスフィルタ５の中点接地線にダンピング抵抗２１を挿入した点である。
【００３５】
ローパスフィルタ５は、直流側の接地コンデンサ１６や浮遊キャパシタンス１４ａ、１４ｂと比較してそのコンデンサ容量が十分に大きく、従って主なコモンモードリプル成分が接地部に流れる。このときの接地電流の環流路は、交流端の接地コンデンサ１５から直流リアクトル４の漏れインダクタンスを経由し、ローパスフィルタ５の中点接地に至るルートとなる。
【００３６】
上記還流路において、ダンピング抵抗２１を接地コンデンサ１５と直流リアクトル４の漏れインダクタンスの共振成分を抑制するよう選定すれば、共振によるローパスフィルタ５のコモンモードリプルを低減でき、従って負荷コイルに流れるコモンモードリプルを低減することが可能となる。
【実施例５】
【００３７】
次に本発明の実施例５に係る電源装置を、図５を参照して説明する。
【００３８】
図５は本発明の実施例５に係る電源装置の構成図である。この実施例５の各部について、図４の実施例４に係る電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例５が実施例４と異なる点は、ローパスフィルタ５と並列に抵抗、リアクトル及びコンデンサの直列回路を２直列して成る同調フィルタ５ａを接続し、この同調フィルタ５ａの中点を、ダンピング抵抗２１ａを介して接地するようにした点である。
【００３９】
同調フィルタ５ａは、入力変圧器２の相構成や結線に基づく周波数成分（例えば１２相変圧器なら１２相成分。）や交直変換器３の出力特性で特にリプルが大きい周波数成分を低減するように選定される。この同調フィルタ５ａは、前述のローパスフィルタ５と同様にコンデンサ容量が大きく、かつ、同調する周波数成分において低インピーダンスであるため、コモンモードリプルが流れやすい。ローパスフィルタ５と同調フィルタ５ａの中点を連結するとフィルタ間で共振する恐れがあるため、ローパスフィルタ５と同様に個別にダンピング抵抗２１ａを設けるようにする。
【００４０】
このように構成すれば、ローパスフィルタと同調フィルタの共振現象を抑制し、且つ負荷コイルに流れる電流のコモンモードリプルを低減することが可能となる。
【実施例６】
【００４１】
次に本発明の実施例６に係る電源装置を、図６及び図７を参照して説明する。
【００４２】
図６は本発明の実施例６に係る電源装置の構成図である。この実施例６の各部について、図１の実施例１に係る電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例６が実施例１と異なる点は、図１の構成で交流電源１及び負荷コイル６を除いた装置部分を単位電源装置１００とし、交流電源１に対し単位電源装置１００と並列に単位電源装置１０１を設置した点、負荷コイル７ａ及び７ｂを夫々単位電源装置１００の出力の正側及び負側に直列に、負荷コイル７ｃ及び７ｄを夫々単位電源装置１０１の出力の正側及び負側に直列に接続して負荷コイル７ｂ及び７ｃを直列接続した点、更に単位電源装置１００に対して接地銅板１７ａを設け、負荷コイル７ａ、７ｂのアースを接地銅板１７ａに接続すると共に、この接地銅板１７ａを単位電源装置１００用の接地銅板１７と接続した点、また同様に単位電源装置１０１に対して接地銅板１７ｂを設け、負荷コイル７ｃ、７ｄのアースを接地銅板１７ｂに接続すると共に、この接地銅板１７ｂを単位電源装置１０１用の接地銅板１７ｃと接続するようにした点である。尚、図１に示した冷却水配管１１に関係する部分は簡単のため図示を省略している。
【００４３】
図７は図６に示した構成図を説明するためのイメージ図である。図７に示したように、この実施例６に係る電源装置は、実際には単位電源装置１００、１０１の２台だけではなく、複数の単位電源装置と負荷コイルとが交互に接続され一巡して直列路を構成するようになっている。これは、装置の大容量化に伴い、負荷コイルに給電すべき電圧に応じて電源装置を分割した方が扱い易いためである。
【００４４】
図７に示したように、複数台の負荷コイルを複数グループに分割し、各々のグループに対し単位電源装置を準備する。そして単位電源装置が分担する複数台の負荷コイルに応じて負荷コイル用接地銅板を設け、この負荷コイル用接地銅板と当該単位電源装置の接地銅板とを低インピーダンスで接続し、更に当該単位電源装置が分担する複数台の負荷コイルの各々のアース部を負荷コイル用接地銅板に接続する。
【００４５】
このように構成すれば、複数の単位電源装置と複数の負荷コイルが交互に直列接続されるような例えば加速器の応用に対して、負荷コイルのアース部を近接する接地銅板で均等に１点接地し、且つ負荷コイルの浮遊キャパシタンスの分布を均等化させることが可能となり、負荷コイル流れるコモンモードリプルを低減することが可能となる。
【００４６】
以上の実施例１乃至実施例６の説明においては、電源装置を構成する変換器盤、リアクトル盤及びフィルタ盤に対して、接地コンデンサを用いて接地し、また絶縁板や絶縁パッキンを使用する例を説明したが、本発明は上述の構成に限定されるものでなく、電源装置の構成機器の数や盤への分割収納方法や絶縁の具体的方法には依存しない。また、構成機器内のスイッチング素子やユニットを多直列や多並列にして組合せても同様な効果が得られることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１に係る電源装置の構成図。
【図２】本発明の実施例２に係る電源装置の構成図。
【図３】本発明の実施例３に係る電源装置の構成図。
【図４】本発明の実施例４に係る電源装置の構成図。
【図５】本発明の実施例５に係る電源装置の構成図。
【図６】本発明の実施例６に係る電源装置の構成図。
【図７】本発明の実施例６に係る電源装置のイメージ図。
【符号の説明】
【００４８】
１  交流電源
２  入力変圧器
３  交直変換器
４  直流リアクトル
５  ローパスフィルタ
５ａ  同調フィルタ
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  負荷コイル
７  電流検出器
８  変換器盤
９  リアクトル盤
１０  フィルタ盤
１１  冷却水配管
１２、１２ａ  接地母線
１３、１３ａ、１３ｂ  チャンネルベース
１４ａ、１４ｂ  浮遊キャパシタンス
１５、１６  接地コンデンサ
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  接地銅板
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  絶縁パッキン
１９、１９ａ、１９ｂ  絶縁板
２０  変圧器盤
１００、１０１  単位電源装置
【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】
2006129591.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006129591.tif 000009