(57)【要約】      （修正有）【課題】回路構成が簡略化された、および／または、誤動作が抑制された、１２０°通流方式のコンバータを提供する。【解決手段】コンバータ５００は、Ｒ，Ｓ，Ｔからなる３相の交流電圧を整流する。６個の半導体スイッチＭＲＨ、ＭＲＬ、ＭＳＨ、ＭＳＬ、ＭＴＨ、ＭＴＬは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれのハイサイドアーム、ローサイドアームを形成する。ゲート信号生成部５２０は、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じてゲート信号を生成する。ドライバ５３０は、ゲート信号に応じて、６個の半導体スイッチＭＲＨ、ＭＲＬ、ＭＳＨ、ＭＳＬ、ＭＴＨ、ＭＴＬを駆動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ，Ｓ，Ｔからなる３相の交流電圧を整流するコンバータであって、
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれのハイサイドアーム、ローサイドアームを形成する６個の半導体スイッチと、
Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じてゲート信号を生成するゲート信号生成部と、
前記ゲート信号に応じて、前記６個の半導体スイッチを駆動するドライバと、
を備えることを特徴とするコンバータ。
【請求項２】
前記ゲート信号生成部は、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じて６個のベクトルが選択可能であり、前記３相交流電圧と同期して、ベクトルの遷移が禁止する区間が設けられることを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記ゲート信号生成部は、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じて６個のベクトルが選択可能であり、現在のベクトルからの遷移先として許容されるベクトル以外への遷移が禁止されることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバータ。
【請求項４】
ＤＣリンクと、
３相の交流電圧を整流し、整流後の電圧を前記ＤＣリンクに発生する請求項１から３のいずれかに記載のコンバータと、
前記ＤＣリンクの電圧を交流電圧に変換するインバータ装置と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
互いに連結可能な複数のコンベアユニットを連結して構成され、複数の前記コンベアユニットにわたって荷物を搬送可能なコンベアレーンと、
モータ、コンバータ、インバータ、電源接続部を含み、前記コンベアユニットごとに設けられるコンベアユニット駆動部と、
を有し、
前記コンベアユニットは、設置箇所に取り外し可能に固定され、
前記コンベアユニット駆動部の少なくとも一部は、前記コンベアユニットまたは前記コンベアユニットの下方に取り外し可能に固定される分散電源型のコンベア搬送システム。
【請求項６】
前記コンベアユニットの固定を解除し、別の設置箇所に移動して固定することで前記コンベアレーンのレイアウトを変更可能であり、
移動後の前記コンベアユニットを駆動するための前記コンベアユニット駆動部は、レイアウト変更前とは異なる箇所からの電源供給を受けて対応するコンベアユニットを駆動可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の分散電源型のコンベア搬送システム。
【請求項７】
前記コンベアユニット駆動部が、駆動状態と停止状態を切りかえるスイッチを有するか、遠隔操作で個別にもしくは一括して駆動状態と停止状態を切りかえる手段を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の分散電源型のコンベア搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械、産業車両、工場、電気自動車、発電システムなどに、インバータやコンバータ等を含む電力変換装置が使用される。図１は、電力変換装置の一例を示す回路図である。
【０００３】
電力変換装置１００Ｒは、コンバータ１０２、ＤＣリンク１０４、平滑コンデンサ１０６、インバータ１０８を備える。コンバータ１０２は、三相交流電圧（相電圧）Ｒ，Ｓ，Ｔを受け、それを整流した電圧を、Ｐ極およびＮ極の二本のＤＣリンク１０４ｐ，ｎの間に発生させる。平滑コンデンサ１０６は、二本のＤＣリンク１０４ｐ，ｎの間に接続されており、ＤＣリンク１０４ｐ，ｎの間の電圧（ＤＣリンク電圧ＶＤＣと称する）を平滑化する。インバータ１０８は、ＤＣリンク電圧ＶＤＣを受け、それを交流電圧に変換して、モータなどの負荷２００に供給する。平滑コンデンサ１０６が省略される場合もある。
【０００４】
図２は、コンバータ１０２の動作を説明するタイムチャートである。上段は各相の電圧波形を、下段は各相の極性（正負）を表す。コンバータ１０２の制御方式として、１２０°通流方式が主流である。１２０°通流方式では、相電圧Ｒ，Ｓ，Ｔのうち、最大の相（もしくは最小のもの）を検出し、最大（または最小）の相の遷移と同期して、ゲート信号を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の１２０°通流方式では、相電圧Ｒ，Ｓ，Ｔの最大検出あるいは最小検出のための回路が複雑となる。また通電相が切り替わるときの誤差が大きく、不要な共振電流が発生したり、ゲート信号を誤生成する可能性がある。
【０００６】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、従来と異なる制御方式のコンバータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、３相の交流電圧を整流するコンバータに関する。３相をＲ，Ｓ，Ｔと称するとき、コンバータは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれのハイサイドアーム、ローサイドアームを形成する６個の半導体スイッチと、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じてゲート信号を生成するゲート信号生成部と、ゲート信号に応じて、６個の半導体スイッチを駆動するドライバと、を備える。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来と異なる制御方式のコンバータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換装置の一例を示す回路図である。
【図２】コンバータの動作を説明するタイムチャートである。
【図３】実施の形態に係るコンバータのブロック図である。
【図４】３つの検出信号ＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔと６つのベクトルφ１〜φ６の関係を示す図である。
【図５】コンバータの動作波形図である。
【図６】ベクトル遷移の禁止区間を説明する波形図である。
【図７】コンベアレーンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、Ｒ，Ｓ，Ｔからなる３相の交流電圧を整流するコンバータに関する。コンバータは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれのハイサイドアーム、ローサイドアームを形成する６個の半導体スイッチと、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じてゲート信号を生成するゲート信号生成部と、ゲート信号に応じて、６個の半導体スイッチを駆動するドライバと、を備える。
【００１２】
この態様によると、最大相や最小相の判定が不要であるため、回路構成を簡素化できる。また、通電相が切り替わるタイミングの誤差を小さくできる。これは不要な共振電流の抑制という効果を奏しうる。
【００１３】
ゲート信号生成部は、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じて６個のベクトルが選択可能であり、３相交流電圧と同期して、ベクトルの遷移が禁止する区間が設けられてもよい。これにより誤動作を防止できる。
【００１４】
ゲート信号生成部は、Ｒ−Ｓ間電圧、Ｓ−Ｔ間電圧、Ｔ−Ｒ間電圧それぞれの極性の組み合わせに応じて６個のベクトルが選択可能であり、現在のベクトルからの遷移先として許容されるベクトル以外への遷移が禁止されてもよい。これにより誤動作を防止できる。
【００１５】
本明細書に開示される一実施の形態は、電力変換装置に関する。電力変換装置は、ＤＣリンクと、３相の交流電圧を整流し、整流後の電圧をＤＣリンクに発生するコンバータと、ＤＣリンクの電圧を交流電圧に変換するインバータ装置と、を備えてもよい。
【００１６】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１７】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００１８】
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００１９】
図３は、実施の形態に係るコンバータ５００のブロック図である。コンバータ５００は、Ｒ，Ｓ，Ｔからなる３相の交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを整流する。コンバータ５００は、ブリッジ回路５１０、ゲート信号生成部５２０、ドライバ５３０、複数の検出回路５４０＿Ｒ〜５４０＿Ｔを備える。
【００２０】
ブリッジ回路５１０は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれのハイサイドアーム、ローサイドアームを形成する６個の半導体スイッチＭＲＨ，ＭＲＬ，ＭＳＨ，ＭＳＬ，ＭＴＨ，ＭＴＬを含む。ハイサイドアームには添え字のＨを、ローサイドアームには添え字のＬを付す。
【００２１】
検出回路５４０＿Ｒは、Ｒ相とＳ相の交流電圧ＶＲ，ＶＳの差分（線間電圧ＶＲ−Ｓ）の極性を示す検出信号ＰＯＬ＿Ｒを生成する。検出回路５４０＿Ｓは、Ｓ相とＴ相の交流電圧ＶＳ，ＶＴの差分（線間電圧ＶＳ−Ｔ）の極性を示す検出信号ＰＯＬ＿Ｓを生成する。検出回路５４０＿Ｔは、Ｔ相とＲ相の交流電圧ＶＴ，ＶＲの差分（線間電圧ＶＴ−Ｒ）の極性を示す検出信号ＰＯＬ＿Ｔを生成する。検出信号ＰＯＬ＿Ｒ（ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔ）は、線間電圧ＶＲ−Ｓ（ＶＳ−Ｔ，ＶＴ−Ｒ）が正のときに第１レベル（たとえば１、ハイ）、線間電圧ＶＲ−Ｓ（ＶＳ−Ｔ，ＶＴ−Ｒ）が負のときに第２レベル（たとえば０、ロー）である。
【００２２】
ゲート信号生成部５２０は、検出信号ＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔを受け、Ｒ−Ｓ間電圧ＶＲ−Ｓ、Ｓ−Ｔ間電圧ＶＳ−Ｔ、Ｔ−Ｒ間電圧ＶＴ−Ｒそれぞれの極性の組み合わせに応じてゲート信号＋ＲＧ，＋ＳＧ，＋ＴＧ，−ＲＧ，−ＳＧ，−ＴＧを生成する。
【００２３】
ドライバ５３０は、ゲート信号＋ＲＧ，＋ＳＧ，＋ＴＧ，−ＲＧ，−ＳＧ，−ＴＧに応じて、対応する６個の半導体スイッチＭＲＨ，ＭＳＨ，ＭＴＨ，ＭＲＬ，ＭＳＬ，ＭＴＬを駆動する。
【００２４】
図４は、３つの検出信号ＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔと６つのベクトルφ１〜φ６の関係を示す図である。図５は、コンバータ５００の動作波形図である。横軸は時間を電気角で表したものである。コンバータ５００は、３つの検出信号ＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔの組み合わせに応じて、６つのベクトルφ１〜φ６を取り得る。
φ１：  ＭＲＨ、ＭＳＬがオン、残りがオフ
φ２：  ＭＳＨ、ＭＴＬがオン、残りがオフ
φ３：  ＭＲＨ、ＭＴＬがオン、残りがオフ
φ４：  ＭＴＨ、ＭＲＬがオン、残りがオフ
φ５：  ＭＴＨ、ＭＳＬがオン、残りがオフ
φ６：  ＭＳＨ、ＭＲＬがオン、残りがオフ
ベクトルは、φ３，φ２，φ６，φ４，φ５，φ１の順で繰り返し遷移する。
【００２５】
なお、ここではいわゆる制御角α（各相のスイッチがターンオンする位相）がゼロの場合を例とするが、制御角αは非ゼロとしてもよい。つまりＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔのエッジから、制御角αだけ遅延したタイミングで、次にオンすべきスイッチをターンオンしてもよい。
【００２６】
以上がコンバータ５００の動作である。このコンバータ５００によれば、相間電圧の正負の組み合わせ（極性）でベクトルを選択することにより、検出回路およびゲート信号生成部の構成、処理を簡素化することができる。
【００２７】
ゲート信号生成部５２０は、現在のベクトルからの遷移先として許容されるベクトル以外への遷移が禁止されてもよい。これにより誤動作を防止できる。
【００２８】
さらにゲート信号生成部５２０は、３相交流電圧と同期して、ベクトルの遷移が禁止する区間が設けられてもよい。図６は、ベクトル遷移の禁止区間を説明する波形図である。たとえば、検出信号ＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔのいずれかひとつのエッジを基準としてカウンタを動作させ、電源位相の電気角θｒを示すデジタル値を生成してもよい。そして電気角θｒが所定値に含まれる期間を、ベクトルの遷移禁止区間としてもよい。これにより、本来遷移が発生すべきでないタイミングにおいて、検出信号ＰＯＬ＿Ｒ，ＰＯＬ＿Ｓ，ＰＯＬ＿Ｔのエッジが誤って発生した場合に、コンバータが誤動作するのを防止できる。
【００２９】
続いてインバータ装置３００の用途を説明する。図７は、分散電源型のコンベア搬送システム４５０を示す図である。コンベア搬送システム４５０は工場や空港などに設置され、製品や荷物を運搬するために利用される。コンベア搬送システム４５０はコンベアレーン４００を備える。コンベアレーン４００は、複数のコンベアユニット４０２を連結して構成され、複数のコンベアユニット４０２にわたって荷物や製品が搬送される。各コンベアユニット４０２は、他のコンベアユニットと着脱可能に連結可能に構成されており、２つのコンベアユニット４０２は、連結部４０３において連結されている。コンベアレーン４００は、コンベアユニット４０２のレイアウトに応じて、搬送ルートを自由に変更可能である。
【００３０】
各コンベアユニット４０２には、ベルトを駆動するためのモータ４１２が設けられ、結果として複数のモータ４１２は、空間的に分散して配置される。
【００３１】
もし仮に複数のモータ４１２を駆動する複数のインバータ４０６を、一点破線で示すように１箇所に集中配置すると、インバータ４０６とモータ４１２の間のパワーライン４０８の配線長が長くなるため、損失が大きくなる。また、レイアウトの変更にパワーラインの敷き直しが伴うため、一旦レイアウトを決定したあとの変更が困難となる。
【００３２】
そこで、図７のコンベア搬送システム４５０では、コンベアユニット駆動部４１０がコンベアユニット４０２側に設けられ、各コンベアユニット駆動部４１０に個別に交流電力が供給されるようになっている。
【００３３】
コンベアユニット駆動部４１０は、モータ４１２および電力変換装置４１４を備える。電力変換装置４１４は、プラグ（電源接続部）に供給される外部からの交流電圧を直流電圧（ＤＣリンク電圧）に変換するコンバータや、ＤＣリンク電圧を交流に変換し、モータに供給するインバータを含む。
【００３４】
コンベアユニット駆動部４１０の少なくとも一部は、コンベアユニット４０２に、またはコンベアユニット４０２の下方に取り外し可能に固定される。
【００３５】
レイアウトの変更に際しては、コンベアユニット４０２の固定を解除し、別の設置箇所に移動して固定する。移動後のコンベアユニット４０２に対応するコンベアユニット駆動部４１０は、レイアウト変更前とは異なる箇所からの電源供給を受けて、対応するコンベアユニット４０２を駆動可能である。
【００３６】
コンベアユニット駆動部４１０は、駆動状態と停止状態が切替可能である。各コンベアユニット駆動部４１０に、駆動状態と停止状態を切りかえるためのスイッチを設けてもよい。あるいは、複数のコンベアユニット駆動部４１０それぞれの駆動・停止状態を、個別に、もしくはそれらを一括して、遠隔操作で切りかえるための制御通信手段を設けてもよい。この制御通信手段は無線を用いることが好ましいが、有線を用いてもよい。
【００３７】
一点鎖線で示すようにインバータ４０６を含む電力変換装置を集中配置する場合、サイズの制約が少ないことから、電力変換装置の部品点数は多くても問題とならないかもしれない。これに対して図７に実線で示すように、電力変換装置４１４をコンベアユニット４０２に内蔵して分散配置する場合、電力変換装置４１４には小型化が要求され、したがって部品点数の削減が求められる。
【００３８】
実施の形態に係るコンバータ５００は、分散型レイアウトを採用したシステムにおける電力変換装置４１４に利用することができる。具体的にはコンバータ５００は、ゲート信号を生成するために用いる検出回路５４０の構成が簡素化されており、またゲート信号生成部５２０における処理も簡素化されるため、分散型レイアウトに適しているといえる。
【００３９】
また、コンバータ５００で採用される１２０°通流方式は、電源回生が可能であるため、回生抵抗を削除、削減でき、抵抗の発熱を削減し、筐体の小型化に寄与する。
【００４０】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００４１】
１００  電力変換装置
１０２  整流器
１０４  ＤＣリンクバス
１０６  平滑コンデンサ
１０８  インバータ
２００  負荷
５００  コンバータ
５１０  ブリッジ回路
５２０  ゲート信号生成部
５３０  ドライバ
５４０  検出回路
４００  コンベアレーン
４０３  連結部
４１０  コンベアユニット駆動部
４１２  モータ
４１４  電力変換装置
４５０  コンベア搬送システム
【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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