(57)【要約】【課題】適用条件に詳細な節約を設けたり、過大な電流を許容する抵抗を選択したりすることなく、サージ電圧を抑制することができるサージ電圧抑制装置、これを使用した電力変換装置及びモータ駆動装置を提供する。【解決手段】サージ抑制装置は、多相モータ１４とこの多相モータを駆動する多相インバータ２３との間を接続する多相ケーブルＬｕ〜Ｌｗに介挿した多相リアクトル３１ｕ〜３１ｗと、多相リアクトルと多相モータとの間の多相ケーブルに個別に中間点が接続されたダイオードレグ３３ｕ〜３３ｗを並列に接続したダイオードブリッジ回路３２とを備え、ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側が多相インバータの直流高電位側及び直流低電位側に個別に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相モータと当該多相モータを駆動する多相インバータとの間を接続する多相ケーブルに介挿した多相リアクトルと、
前記多相リアクトルと前記多相モータとの間の多相ケーブルに個別に中間点が接続されたダイオードレグを並列に接続したダイオードブリッジ回路とを備え、
前記ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側が前記多相インバータの直流高電位側及び直流低電位側に個別に接続されているサージ電圧抑制装置。
【請求項２】
前記ダイオードブリッジ回路は、多相ダイオードレグと並列に対地用ダイオードレグが接続され、該対地用ダイオードレグの中間点が接地に接続されている請求項１に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項３】
前記ダイオードブリッジ回路を通る電流経路に還流電流抑制抵抗が介挿されている請求項１又は２に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項４】
前記還流電流抑制抵抗は、前記ダイオードブリッジ回路の各多相ダイオードレグの中間点と前記多相リアクトル及び多相モータ間の多相ケーブルとの間に接続されている請求項３に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項５】
前記還流電流抑制抵抗は、前記ダイオードブリッジ回路の高電位側及び前記多相インバータの高電位側と、前記ダイオードブリッジ回路の低電位側及び前記多相インバータの低電位側との間に接続されている請求項３に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項６】
前記対地用ダイオードレグの中間点と接地との間に漏れ電流抑制インピーダンスが接続されている請求項２に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項７】
前記ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側間にスナバコンデンサが接続されている請求項１から６の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項８】
多相モータを駆動する多相インバータと、
前記請求項１から７の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置と、
を備えた電力変換装置。
【請求項９】
多相モータと、
前記多相モータを駆動する多相インバータと、
前記請求項１から７の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置と、
を備えた多相モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相モータに印加されるサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制装置、これを使用した電力変換装置及び多相モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング素子を有する３相以上の多相インバータで多相モータを駆動する場合に、スイッチング素子のスイッチングタイミングに応じて多相モータに過大なサージ電圧が印加され、多相モータの線間や対地間の絶縁破壊を引き起こしたり、部分放電によるモータ巻線の絶縁部の寿命を低下させたりする原因となる。
【０００３】
この多相モータに印加されるサージ電圧を抑制するために、特許文献１に記載されたサージ電圧抑制回路が提案されている。
【０００４】
この特許文献１に記載されたサージ電圧抑制回路では、モータと、このモータを駆動するインバータとの間に接続された３相ケーブルのそれぞれに抵抗及びコンデンサの直列回路の一端を接続し、各直列回路の他端を互いに接続してインバータの直流電圧の中性点に接続するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８３７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された先行技術では、モータ及びインバータ間の３相ケーブルのそれぞれに抵抗及びコンデンサの直列回路を接続している。このため、特定条件においてサージ抑制回路に過大な電流が流れ、抵抗の異常加熱が発生し、最悪の場合、焼損に至る懸念がある。また、モータに印加されるサージ電圧は、インバータとモータとを接続するケーブル長が一定以上長くなると、反射現象により大きくなることが知られている。さらに、ケーブルのインダクタンスと、サージ抑制回路のコンデンサとによる共振周波数がインバータのスイッチング周波数と一致または近づいた場合には、直列共振によって過大な電流が生じる。
【０００７】
そして、インバータとモータを接続するケーブルの長さは、モータ駆動装置が適用される工場やプラントに応じて、千差万別であること、インバータのスイッチング周波数（キャリア周波数）は、十数ｋＨｚ以下で任意に変更できる装置が多いことから、前述の過大な電流が生じる条件を完全に回避することは非常に難しい。
【０００８】
結果として、サージ抑制回路の適用条件に詳細な制約（スイッチング周波数やケーブル長）を設けざるを得ず、使い勝手が悪くなったり、過大な電流が生じても焼損しないような大きな許容電力を有する抵抗を選定してサージ抑制回路が大型化したりする。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した先行技術の課題に着目してなされたものであり、適用条件に詳細な節約を設けたり、過大な電流を許容する抵抗を選択したりすることなく、サージ電圧を抑制することができるサージ電圧抑制装置、これを使用した電力変換装置及びモータ駆動装置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、本発明に係るサージ電圧抑制装置の一態様は、多相モータとこの多相モータを駆動する多相インバータとの間を接続する多相ケーブルに介挿した多相リアクトルと、多相リアクトルと多相モータとの間の多相ケーブルに個別に中間点が接続されたダイオードレグを並列に接続したダイオードブリッジ回路とを備え、ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側が多相インバータの直流高電位側及び直流低電位側に個別に接続されている。
【００１１】
また、本発明に係る電力変換装置の一態様は、多相モータを駆動する多相インバータと、上述したサージ電圧抑制装置とを備えている。
【００１２】
さらに、本発明に係るモータ駆動装置は、多相モータと、この多相モータを駆動するインバータと、上述したサージ電圧抑制装置とを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、多相リアクトルと多相ダイオードブリッジ回路とでサージ電圧抑制装置を構成するので、コンデンサを使用することなく、コンデンサを使用する場合の共振問題や過大電流による制約を受けることのないサージ電圧抑制装置、これを使用した電力変換装置及びモータ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回路図である。
【図２】サージ電圧の発生原理を説明する図であって、（ａ）は回路図、（ｂ）は波形図である。
【図３】サージ電圧の抑制原理を説明する図であって、（ａ）は回路図、（ｂ）は波形図である。
【図４】電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタの有無によるサージ電圧を示す波形図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す回路図である。
【図６】第２実施形態の変形例を示す回路図である。
【図７】第２実施形態の他の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１６】
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１７】
まず、本発明の一の態様を表すサージ電圧抑制装置を備えたモータ駆動装置の第１の実施形態について説明する。
【００１８】
図１に示すように、モータ駆動装置１０は、三相交流電源１１と、この三相交流電源１１から出力される三相交流電力がトランス１２を介して入力される電力変換装置１３と、この電力変換装置１３から出力される三相電力によって駆動される三相モータ１４とを備えている。
【００１９】
電力変換装置１３は、トランス１２から三相リアクトル２０を介して入力される三相交流電力を直流電力に変換するパルス幅変調（ＰＷＭ）コンバータ（以下、ＰＷＭコンバータと称す）２１と、このコンバータ２１から出力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ２２と、この平滑コンデンサ２２で平滑化された直流電力を三相交流電力に変換して三相モータ１４に供給する三相インバータ２３とを備えている。
【００２０】
ここで、ＰＷＭコンバータ２１は、図１に示すように、高電位側配線Ｌｐ及び低電位側配線Ｌｎ間に、Ｕ相スイッチングレグＣＳＬｕ、Ｖ相スイッチングレグＣＳＬｖ及びＷ相スイッチングレグＣＳＬｗが並列に接続されたフルブリッジ回路を備えている。
【００２１】
Ｕ相スイッチングレグＣＳＬｕは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成される２つのスイッチング素子Ｑ１１及びＱ１２が直列に接続されている。Ｖ相スイッチングレグＣＳＬｖ及びＷ相スイッチングレグＣＳＬｗも、Ｕ相スイッチングレグＣＳＬｕと同様のスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４及びＱ１５，Ｑ１６が直列に接続されている。なお、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６には、逆並列に還流ダイオードＤ１１〜Ｄ１６が接続されている。
【００２２】
また、各スイッチングレグＣＳＬｕ、ＣＳＬｖ及びＣＳＬｗのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３及びＱ１５とスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４及びＱ１６との接続点である中間点がトランス１２の出力側に接続されている。
【００２３】
さらに、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のゲートには、図示しないゲート駆動回路からパルス幅変調（ＰＷＭ）信号でなるゲート信号が入力されることにより、トランス１２からの交流電力を直流電力に変換して高電位側配線Ｌｐ及び低電位側配線Ｌｎに出力する。
【００２４】
なお、コンバータとしては、ＰＷＭコンバータ２１に限らず、ＰＷＭコンバータ２１の各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６をダイオードに置換したダイオードブリッジ整流回路を適用することができる。
【００２５】
また、三相インバータ２３は、図１に示すように、平滑コンデンサ２２が接続された高電位側配線Ｌｐ及び低電位側配線Ｌｎ間に、Ｕ相スイッチングレグＩＳＬｕ、Ｖ相スイッチングレグＩＳＬｖ及びＷ相スイッチングレグＩＳＬｗが並列に接続されたフルブリッジ回路を備えている。
【００２６】
Ｕ相スイッチングレグＩＳＬｕは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成される２つのスイッチング素子Ｑ２１及びＱ２２が直列に接続されている。Ｖ相スイッチングレグＩＳＬｖ及びＷ相スイッチングレグＩＳＬｗも、Ｕ相スイッチングレグＩＳＬｕと同様のスイッチング素子Ｑ２３，Ｑ２４及びＱ２５，Ｑ２６が直列に接続されている。なお、各スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６には、逆並列に還流ダイオードＤ２１〜Ｄ２６が接続されている。
【００２７】
また、各スイッチングレグＩＳＬｕ、ＩＳＬｖ及びＩＳＬｗのスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２３及びＱ２５とスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４及びＱ２６との接続点である中間点が三相ケーブルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗを介して三相モータ１４に接続されている。
【００２８】
さらに、三相インバータ２３の各スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のゲートには、図示しないゲート駆動回路からパルス幅変調（ＰＷＭ）信号でなるゲート信号が入力される。この三相インバータ２３で、平滑コンデンサ２２が接続された高電位側配線Ｌｐ及び低電位側配線Ｌｎから供給される直流電力を交流電力に変換して三相ケーブルＬｕ、Ｌｂ及びＬｗを介して三相モータ１４に供給する。
【００２９】
三相インバータ２３及び三相モータ１４間の三相ケーブルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗには、電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０が設けられている。この電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０は、三相ケーブルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに個別に介挿された三相リアクトル３１と、この三相リアクトル３１と三相モータ１４の受電端子ｔｕ、ｔｖ及びｔｗとの間の接続点に接続されたダイオードブリッジ回路３２とで構成されている。
三相リアクトル３１は、三相ケーブルＬｕに介挿されたＵ相リアクトル３１ｕと、三相ケーブルＬｖに介挿されたＶ相リアクトル３１ｖと、三相ケーブルＬｗに介挿されたＷ相リアクトル３１ｗとを有する。
【００３０】
ダイオードブリッジ回路３２は、高電位側配線Ｌｐ１と低電位側配線Ｌｎ１との間に並列に接続された３組のダイオードレグ３３ｕ、３３ｖ及び３３ｗと、対地用ダイオードレグ３４とを備えている。
【００３１】
ダイオードレグ３３ｕは、高電位側配線Ｌｐ１及び低電位側配線Ｌｎ１間に２つのダイオードＤ３１及びＤ３２が直列に接続され、ダイオードＤ３１のカソードが高電位側配線Ｌｐ１に接続され、カソードがダイオードＤ３２のカソードに接続され、ダイオードＤ３２のアノードが低電位側配線Ｌｎ１に接続されている。さらに、ダイオードＤ３１及びＤ３２間の中間点が三相リアクトル３１のＵ相リアクトル３１ｕ及び三相モータ１４の受電端子ｔｕ間に接続されている。
【００３２】
ダイオードレグ３３ｖ及び３３ｗもダイオードレグ３３ｕと同様に高電位側配線Ｌｐ１及び低電位側配線Ｌｎ１間に２つのダイオードＤ３３，Ｄ３４及びＤ３５，Ｄ３６が順方向に直列に接続されている。そして、ダイオードＤ３３及びＤ３４の中間点が三相リアクトル３１のＶ相リアクトル３１ｖ及び三相モータ１４の受電端子ｔｖ間に接続され、ダイオードＤ３５及びＤ３６中間点が三相リアクトル３１のＷ相リアクトル３１ｗ及び三相モータ１４の受電端子ｔｗ間に接続されている。
【００３３】
対地用ダイオードレグ３４は、各ダイオードレグ３３ｕ〜３３ｗと同様に、高電位側配線Ｌｐ１及び低電位側配線Ｌｎ１間に順方向に直列に接続された２つのダイオードＤ４１及びＤ４２を有する。そして、ダイオードＤ４１及びＤ４２の中間点が接地に接続されている。
【００３４】
そして、高電位側配線Ｌｐ１が電力変換装置１３の高電位側配線Ｌｐに接続され、低電位側配線Ｌｎ１が電力変換装置１３の低電位側配線Ｌｎに接続されている。
【００３５】
ここで、電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０のサージ抑制原理について説明する。
【００３６】
まず、インバータサージの発生原理について三相インバータ２３及び三相モータ１４の一相分を表す図２を伴って説明する。
【００３７】
この図２（ａ）において、Ｅｎはインバータの直流中間電圧、Ｚｍはモータの入力インピーダンス、Ｃａはインバータ及びモータ間のケーブル、ＳＷはインバータのハイサイド側のスイッチング素子を示す。
【００３８】
この図２（ａ）の原理回路では、サージ抑制対策部品として単純なリアクトルＬをスイッチング素子ＳＷ及びケーブルＣａ間に接続している。リアクトルＬは、本実施形態の三相リアクトル３１の各相リアクトル３１ｕ〜３１ｗに相当するが、この単純なリアクトルＬだけでは十分なサージ抑制効果が得られないことが知られている。
【００３９】
すなわち、図２（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷをある時点ｔ０でオン状態となるものとすると、スイッチング素子ＳＷから出力される入力電圧Ｖｉｎは直ちに直流中間電圧Ｅｎまで上昇する。これに対して、リアクトルＬの出力電圧Ｖｏｕｔは、放物線状に徐々に増加して直流中間電圧Ｅｎに達する。すると、ケーブルＣａとモータのインピーダンスＺｍに応じた反射現象によって、出力電圧Ｖｏｕｔは、図２（ｂ）に示すように、時点ｔ１で直流中間電圧Ｅｎより急激に増加した後直流中間電圧Ｅｎに向けて緩やかに減少する。ここで着目すべきは、リアクトルＬの出力電圧Ｖｏｕｔがインバータの直流中間電圧Ｅｎよりも大きくなるサージ電圧となる点であり、この過大なサージ電圧が三相モータ１４側へ伝播することでモータ不具合を生じさせる。
【００４０】
なお、リアクトルＬの出力電流Ｉｓは、図２（ｂ）で点線図示のように、出力電圧Ｖｏｕｔの増加に応じて正方向に緩やかに増加するが、出力電圧Ｖｏｕｔが直流中間電圧Ｅｎより急激に増加する時点ｔ１から減少し、その後時点ｔ２で“０”となってから負方向に増加する。
【００４１】
このサージ電圧を抑制するために、本実施形態では、図３（ａ）に示す原理図のように、リアクトルＬと並列にダイオードＤを接続し、リアクトルＬの出力電圧Ｖｏｕｔがインバータの直流中間電圧Ｅｎを超えないようにクランプする。この図３（ａ）の原理図によるシミュレーション結果を図３（ｂ）に示す。
【００４２】
この図３（ｂ）に示すように、時点ｔ０でスイッチング素子ＳＷがオン状態となり、リアクトルＬの入力電圧Ｖｉｎがインバータの直流中間電圧Ｅｎに達する。このとき、リアクトルＬから出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、電圧変化率ｄＶ／ｄｔが抑制されるとともに、直流中間電圧Ｅｎにクランプされるので、満足できるｄＶ／ｄｔフィルタの特性を得ることができる。しかも、モータの受電端子からの反射波のエネルギーは、ダイオードＤを通じてインバータに回生されるので、高効率であるという利点もある。
【００４３】
図４は、ｄＶ／ｄｔフィルタの有無によるモータの受電端子電圧の比較を示す。この図４において、点線はｄＶ／ｄｔフィルタ無しの場合のモータ電圧を示し、実線はｄＶ／ｄｔフィルタ有りの場合のモータ電圧を示す。
【００４４】
この図４から明らかなように、ｄＶ／ｄｔフィルタ無しの場合には、モータ電圧は方形波状の減衰波形となり、最大波高値が直流中間電圧Ｅｎ＝６００Ｖの２倍近い１０８０Ｖまで上昇する。これに対して、ｄＶ／ｄｔフィルタ有りの場合には、三角波状の減衰波形となり、最大波高値が直流中間電圧Ｅｎの１．５倍未満の８５０Ｖに抑制されている。このため、特にモータの素線絶縁保護の軽減に大きな効果が得られる。
【００４５】
第１の実施形態における電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０は、図３（ａ）に示す電圧クランプ機能を持つサージ抑制回路を、三相回路に変換したものである。したがって、三相インバータ２３から三相モータ１４に出力される三相電圧の電圧変化率ｄＶ／ｄｔを抑制することができるとともに、三相電圧の各相電圧が直流中間電圧Ｅｎにクランプされるので、満足できるｄＶ／ｄｔフィルタの特性を得ることができる。しかも、三相モータ１４の受電端子ｔｕ〜ｔｗからの反射波のエネルギーは、ダイオードブリッジ回路３２のダイオードレグ３３ｕ〜３３ｗを通じて三相インバータ２３に回生されるので、高効率化を図ることができる。さらに、電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０によって、図４に示すサージ電圧抑制効果と同等のサージ電圧抑制効果を得ることができる。
【００４６】
したがって、サージ電圧を効果的に抑制することができるサージ電圧抑制装置を提供することができ、このサージ電圧抑制装置を使用してサージ電圧を抑制する電力変換装置及びモータ駆動装置を提供することができる。
【００４７】
また、第１の実施形態によると、サージ電圧を抑制するためにコンデンサを必要としないので、コンデンサを使用することによる直列共振を発生することはない。したがって、ケーブル長や三相インバータ２３のスイッチング周波数等の適用制約を大幅に緩和することができ、使い勝手のよいサージ電圧抑制装置、電力変換装置及びモータ駆動装置を提供することができる。
【００４８】
さらに、電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０には、電圧クランプ用の三相のダイオードブリッジ回路３２に対地用ダイオードレグ３４が並列に接続され、この対地用ダイオードレグ３４の中間点が接地に接続されている。
【００４９】
したがって、対地用ダイオードレグ３４を有する電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０によって、三相リアクトル３１の各相リアクトル３１ｕ〜３１ｗの出力電圧をクランプすることにより、対地電圧も直流中間電圧Ｅｎにクランプすることができる。これによって、三相モータ１４の対地電圧すなわち零相成分のサージ電圧も低減することができる。
【００５０】
ここで、零相成分のサージ電圧とは、三相モータ１４のフレーム電位とモータ巻線間に生じるサージ電圧であり、対地間のモータ破損の原因となる。一般に、零相成分のサージ電圧は、三相インバータやＰＷＭインバータのスイッチング動作に加え、接地の取り方や、インバータやモータの並列運転数などでも大きく変化し、一般的に巻線間サージ電圧よりも対策が難しい。
【００５１】
しかしながら、第１の実施形態では、ダイオードブリッジ回路３２に対地用ダイオードレグ３４を含め、この対地用ダイオードレグ３４のダイオードＤ４１及びＤ４２間の中間点を接地に接続することにより、零相成分のサージ電圧も直流中間電圧Ｅｎにクランプすることが可能となり、零相成分のサージ電圧に対して大きな抑制効果を得ることができる。
【００５２】
しかも、零相成分のサージ電圧抑制効果を、ダイオードブリッジ回路３２に整流ブリッジ回路を構成する三相のダイオードレグ３３ｕ〜３３ｗと並列に中間点を接地した対地用ダイオードレグ３４を接続するだけで容易に得ることができる。しかも、零相成分のサージ電圧抑制効果が、三相インバータやＰＷＭインバータのスイッチング動作や、接地の取り方や、インバータやモータの並列運転数に影響されることがない。
【００５３】
なお、上記第１の実施形態では、電圧クランプ形ｄＶ／ｄｔフィルタ３０を構成するダイオードブリッジ回路３２に対地用ダイオードレグ３４を接続する場合について説明したが、対地用ダイオードレグ３４を省略して整流用のダイオードレグ３３ｕ〜３３ｗのみでダイオードブリッジ回路３２を構成することもできる。
【００５４】
次に、本発明に係るサージ電圧抑制装置の第２の実施形態について図５を伴って説明する。この図５では、モータ駆動装置１０を構成する三相交流電源１１、トランス１２、電力変換装置１３のＰＷＭコンバータ２１の図示を省略している。
【００５５】
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において生じる可能性のある還流電流を減衰させるようにしたものである。
【００５６】
すなわち、第２の実施形態では、図５に示すように、ダイオードブリッジ回路３２を構成する整流用のダイオードレグ３３ｕ、３３ｖ及び３３ｗの中間点と、三相リアクトル３１の各相リアクトル３１ｕ、３１ｖ及び３１ｗ及び三相モータ１４の受電端子ｔｕ、ｔｖ及びｔｗとの接続点との間にそれぞれ、限流抵抗Ｒｕ、Ｒｖ及びＲｗを接続している。さらに、対地用ダイオードレグ３４の中間点と接地との間に漏れ電流を抑制する漏れ電流抑制インピーダンスＺｅを接続している。この漏れ電流抑制インピーダンスＺｅは、具体的には、漏れ電流抑制抵抗Ｒｅ、または低周波電流成分抑制用の接地コンデンサＣｅである。なお、漏れ電流抑制インピーダンスＺｅは、漏れ電流抑制抵抗Ｒｅと低周波電流成分抑制用の接地コンデンサＣｅの直列回路としてもよい。
【００５７】
その他の構成については前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、第１の実施形態との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００５８】
三相リアクトル３１の各相リアクトル３１ｕ〜３１ｗの三相モータ１４側と、電力変換装置１３の三相インバータ２３の高電位側配線Ｌｐ及び低電位側配線Ｌｎとの間にダイオードブリッジ回路３２を接続することにより、還流電流経路が形成される。この還流電流経路は、例えば三相リアクトル３１の各相リアクトル３１ｕ、３１ｖ及び３１ｗの出力側からダイオードブリッジ回路３２のダイオードレグ３３ｕ、３３ｖ及び３３ｗのハイサイド側のダイオードＤ３１、Ｄ３３及びＤ３５を通じ、三相インバータ２３のハイサイド側のスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ１３及びＱ１５を通じて各相リアクトル３１ｕ、３１ｖ及び３１ｗの入力側に戻る経路である。この還流電流経路を流れる還流電流は、サージ電流のピーク値に等しくなる。
【００５９】
この還流電流経路には、インダクタンスが存在するが、電流を積極的に減衰させる要素が存在しないので、還流電流の減衰が非常に遅くなる。この還流電流によって、スイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２３及びＱ２５のコレクタ及びエミッタ間を通る電流が増加し、スイッチング損失が増加することになり、既存製品に対策機器として付加する制約が大きくなる。
【００６０】
この還流電流経路は、三相リアクトル３１の各相リアクトル３１ｕ、３１ｖ及び３１ｗの入力側、三相インバータ２３のローサイド側のスイッチング素子Ｑ２２、Ｑ２４及びＱ２６及びダイオードブリッジ回路３２のローサイド側のダイオードＤ３２、Ｄ３４及びＤ３６によっても形成される。
【００６１】
第２の実施形態では、２つの還流電流経路の共通経路となる三相リアクトル３１とダイオードブリッジ回路３２との間に還流電流抑制抵抗としての限流抵抗Ｒｕ、Ｒｖ及びＲｗを接続している。このため、各限流抵抗Ｒｕ、Ｒｖ及びＲｗによってハイサイド側の還流電流及びローサイド側の還流電流の双方を減衰させることができ、還流電流を低減させることができる。したがって、三相インバータ２３のスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６によるスイッチング損失の増加を抑制することができる。この場合には、個々の限流抵抗Ｒｕ、Ｒｖ及びＲｗの抵抗値は、各相の還流電流を個別に抑制できればよいので、比較的小さな抵抗値の抵抗を適用することができ、発熱も少なくすることができる。
【００６２】
さらに、対地用ダイオードレグ３４の中間点と接地間に漏れ電流抑制インピーダンスＺｅが接続されているので、対地用ダイオードレグ３４を通じて接地に流れる漏れ電流を漏れ電流抑制インピーダンスＺｅで抑制することができる。
【００６３】
なお、上記第２の実施形態では、三相リアクトル３１とダイオードブリッジ回路３２との間に限流抵抗Ｒｕ〜Ｒｗを接続した場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、図６に示すように、図５における限流抵抗Ｒｕ〜Ｒｗを省略し、これらに代えてダイオードブリッジ回路３２の高電位側配線Ｌｐ１及び低電位側配線Ｌｎ１と三相インバータ２３の高電位側配線Ｌｐ及び低電位側配線Ｌｎとの間に限流抵抗Ｒｐ及びＲｎを接続するようにしてもよい。この場合に、図５の構成に比較して限流抵抗Ｒｐ及びＲｎを流れる還流電流が多くなるので、これを抑制するために抵抗値が大きい抵抗が必要となるが、抵抗の個数は低減することができる。
【００６４】
さらには、図７は、図６の構成において、漏れ電流抑制インピーダンスＺｅを省略するとともに、限流抵抗Ｒｐ及びＲｎとダイオードブリッジ回路３２との間の高電位側配線Ｌｐ１及び低電位側配線Ｌｎ１間にスナバコンデンサＣｓを接続したものである。このスナバコンデンサＣｓは、ダイオードブリッジ回路３２の直近に配置することで、ダイオードの過電圧破壊を防止できる。また、スナバコンデンサＣｓは、０．数μＦ以下の小さな静電容量で構成されており、特許文献１に記載されたサージ電圧抑制回路などで用いるコンデンサよりも静電容量が小さい。このため、本発明の不要共振周波数はスイッチング周波数よりも非常に高くなるため、直列共振による過大な電流が生じることはない。
なお、スナバコンデンサＣｓは、図１、図５、図６の回路においても追加可能である。
【００６５】
また、上記第１及び第２の実施形態では、電力変換装置１３を構成する三相インバータ２３で三相モータ１４を駆動する場合について説明したが、四相以上の多相モータを多相インバータで駆動する場合にも本発明を適用することができる。この場合、ダイオードブリッジ回路３２を、多相モータの相数に応じた数のダイオードレグを並列に接続すればよい。
【００６６】
また、上記第１及び第２の実施形態では、１つの電力変換装置１３で１つの三相モータ１４を駆動する場合について説明したが、１つの電力変換装置１３で複数の三相モータ１４を駆動する場合にも本発明を適用することができる。さらには、電力変換装置１３を構成する１つのコンバータに三相インバータ及び三相モータを複数組接続する場合にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…モータ駆動装置、１１…三相交流電源、１２…トランス、１３…電力変換装置、１４…三相モータ、２０…三相リアクトル、２１…パルス幅変調（ＰＷＭ）コンバータ、２２…平滑コンデンサ、２３…三相インバータ、Ｌｕ〜Ｌｗ…三相ケーブル、ｔｕ〜ｔｗ…受電端子、３１…三相リアクトル、３１ｕ…Ｕ相リアクトル、３１ｖ…Ｖ相リアクトル、３１ｗ…Ｗ相リアクトル、３２…ダイオードブリッジ回路、３３ｕ…Ｕ相ダイオードレグ、３３ｖ…Ｖ相ダイオードレグ、３３ｗ…Ｗ相ダイオードレグ、３４…対地用ダイオードレグ、Ｒｕ〜Ｒｗ、Ｒｐ、Ｒｎ…限流抵抗、Ｚｅ…漏れ電流抑制インピーダンス、Ｃｓ…スナバコンデンサ
【図１】
2018207601.tif 000003
【図２】
2018207601.tif 000004
【図３】
2018207601.tif 000005
【図４】
2018207601.tif 000006
【図５】
2018207601.tif 000007
【図６】
2018207601.tif 000008
【図７】
2018207601.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月27日(2017.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相モータと当該多相モータを駆動する多相インバータとの間を接続する多相ケーブルに介挿した多相リアクトルと、
前記多相リアクトルと前記多相モータとの間の多相ケーブルに個別に中間点が接続されたダイオードレグを並列に接続したダイオードブリッジ回路とを備え、
前記ダイオードブリッジ回路は、多相ダイオードレグと並列に対地用ダイオードレグが接続され、該対地用ダイオードレグの中間点が接地に接続され、
前記ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側が前記多相インバータの直流高電位側及び直流低電位側に個別に接続されているサージ電圧抑制装置。
【請求項２】
前記ダイオードブリッジ回路を通る電流経路に還流電流抑制抵抗が介挿されている請求項１に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項３】
前記還流電流抑制抵抗は、前記ダイオードブリッジ回路の各多相ダイオードレグの中間点と前記多相リアクトル及び多相モータ間の多相ケーブルとの間に接続されている請求項２に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項４】
前記還流電流抑制抵抗は、前記ダイオードブリッジ回路の高電位側及び前記多相インバータの高電位側と、前記ダイオードブリッジ回路の低電位側及び前記多相インバータの低電位側との間に接続されている請求項２に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項５】
前記対地用ダイオードレグの中間点と接地との間に漏れ電流抑制インピーダンスが接続されている請求項１から４の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項６】
前記ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側間にスナバコンデンサが接続されている請求項１から５の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置。
【請求項７】
多相モータと当該多相モータを駆動する多相インバータとの間を接続する多相ケーブルに介挿した多相リアクトルと、
前記多相リアクトルと前記多相モータとの間の多相ケーブルに個別に中間点が接続されたダイオードレグを並列に接続したダイオードブリッジ回路とを備え、
前記ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側が前記多相インバータの直流高電位側及び直流低電位側に個別に接続され、
前記ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側間にスナバコンデンサが接続されているサージ電圧抑制装置。
【請求項８】
多相モータを駆動する多相インバータと、
前記請求項１から７の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置と、
を備えた電力変換装置。
【請求項９】
多相モータと、
前記多相モータを駆動する多相インバータと、
前記請求項１から７の何れか一項に記載のサージ電圧抑制装置と、
を備えた多相モータ駆動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るサージ電圧抑制装置の一態様は、多相モータとこの多相モータを駆動する多相インバータとの間を接続する多相ケーブルに介挿した多相リアクトルと、多相リアクトルと多相モータとの間の多相ケーブルに個別に中間点が接続されたダイオードレグを並列に接続したダイオードブリッジ回路とを備え、ダイオードブリッジ回路は、多相ダイオードレグと並列に対地用ダイオードレグが接続され、この対地用ダイオードレグの中間点が接地に接続され、ダイオードブリッジ回路の直流高電位側及び低電位側が多相インバータの直流高電位側及び直流低電位側に個別に接続されている。