(57)【要約】【課題】交流電流に含まれる高調波成分による悪影響が電気機器に及ぶことを防止するとともに高調波成分を有効に活用し得るようにした低コストの高調波エネルギー回収装置を提供する。【解決手段】奇数次の高調波成分を含む交流電流が流れる三相の電源線４に、三相誘導モータＩＭの各ステータコイル１３が、奇数次の高調波成分と共振する回路をステータコイル１３と協働して構成する個別の進相コンデンサ１４を介してそれぞれ接続され、交流電流の各電源線４による位相差に基づいて各ステータコイル１３に順次電流が流される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
奇数次の高調波成分を含む交流電流が流れる三相の電源線（４）に、三相誘導モータ（ＩＭ）の各ステータコイル（１３）が、前記奇数次の高調波成分と共振する回路を前記ステータコイル（１３）と協働して構成する個別の進相コンデンサ（１４）を介してそれぞれ接続され、前記交流電流の前記各電源線（４）による位相差に基づいて前記各ステータコイル（１３）に順次電流が流されることを特徴とする高調波エネルギー回収装置。
【請求項２】
前記各進相コンデンサ（１４）をそれぞれ迂回する３つのバイパス回路（１６）と、前記進相コンデンサ（１４）および前記バイパス回路（１６）への前記電源線（４）の択一的な接続を連動して切換える３つの切換手段（１５）とを備えることを特徴とする請求項１記載の高調波エネルギー回収装置。
【請求項３】
前記三相誘導モータ（ＩＭ）がファン（Ｆ）に連結され、該ファン（Ｆ）による送風の必要程度を検出するセンサ（１１）の検出値に基づいて、前記切換手段（１５）の切換作動が制御されることを特徴とする請求項２記載の高調波エネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電流に含まれる奇数次の高調波成分からエネルギーを回収し得るようにした高調波エネルギー回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電流が流れる三相の電源線に、交流電力を直流電力に変換するインバータ機器やサーボ機器等が接続されていることに起因して前記電源線に高調波電流が流れ、前記電源線に接続されている電気機器に悪影響が及ぶことが知られており、このような高調波の発生を抑制するようにした高調波抑制制御装置が既によく知られている（たとえば特許文献１等参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１９１１６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来のような高調波抑制対策は、高調波成分を熱として捨てるものであり、エネルギーを無駄に捨てることになるだけでなく、コストの増大を招くことになる。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、交流電流に含まれる高調波成分による悪影響が電気機器に及ぶことを防止するとともに高調波成分を有効に活用し得るようにした低コストの高調波エネルギー回収装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、奇数次の高調波成分を含む交流電流が流れる三相の電源線に、三相誘導モータの各ステータコイルが、前記奇数次の高調波成分と共振する回路を前記ステータコイルと協働して構成する個別の進相コンデンサを介してそれぞれ接続され、前記交流電流の前記各電源線による位相差に基づいて前記各ステータコイルに順次電流が流されることを特徴とする。
【０００７】
このような請求項１記載の発明の構成によれば、三相の電源線を流れる交流電流が含む奇数次の高調波成分が取出され、三相誘導モータを動かすエネルギーとして活用されるので、交流電流に含まれる高調波成分による悪影響が三相誘導モータ以外の電気機器に及ぶことを防止するとともに高調波成分を有効に活用することができ、しかも各電源線に進相コンデンサを介して三相誘導モータのステータコイルを接続するだけであるので、低コストで高調波成分対策を実施することができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記各進相コンデンサをそれぞれ迂回する３つのバイパス回路と、前記進相コンデンサおよび前記バイパス回路への前記電源線の択一的な接続を連動して切換える３つの切換手段とを備えることを特徴とし、かかる構成によれば、三相の電源線を流れる交流電流を三相誘導モータにそのまま供給して三相誘導モータの出力を大きくすることができる。
【０００９】
さらに請求項３記載の発明は、上記請求項２記載の発明の構成に加えて、前記三相誘導モータがファンに連結され、該ファンによる送風の必要程度を検出するセンサの検出値に基づいて、前記切換手段の切換作動が制御されることを特徴とし、かかる構成によれば、ファンによる送風の必要程度に応じて、三相誘導モータに供給する電流を定格電流とする場合と、高調波電流とする場合とに切換えるようにして、消費電力の低減を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図３は本発明の一実施例を示すものであり、図１はロボット駆動装置の構成を示す図、図２は高調波成分が交流電流波形に含まれる過程を説明するための図、図３は高調波取出しユニットの構成を示す図である。
【００１２】
先ず図１において、ロボット１が備える複数たとえば４つの関節には、それぞれＤＣサーボモータＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３，ＳＭ４が配設されており、各ＤＣサーボモータＳＭ１〜ＳＭ４の作動は、制御盤２内に収納されるサーボユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で制御される。これらのサーボユニットＳ１〜Ｓ４は、交流電力を直流電力に変換するインバータ回路をそれぞれ含む。
【００１３】
また制御盤２には、制御盤２内を冷却するための冷却ファンＦが配設されており、この冷却ファンＦを駆動する三相誘導モータＩＭには高調波取出しユニット１０が接続される。
【００１４】
前記各サーボユニットＳ１〜Ｓ４に個別に対応した遮断器５，６，７，８および前記高調波取出しユニット１０に対応した遮断器９をそれぞれ備える三相の電源線４，４，４…が、たとえば５０Ｈｚの商用電源に遮断器３を介して並列に接続され、前記各サーボユニットＳ１〜Ｓ４および高調波取出しユニット１０が前記電源線４，４，４…にそれぞれ接続される。
【００１５】
ところで、商用電源からは図２（ａ）で示す正弦波形の交流電流が供給されるのであるが、電源線４…に接続されるサーボユニットＳ１〜Ｓ４がインバータ回路を含むものであることに起因して、奇数次たとえば第５次の高調波が図２（ｂ）で示すように発生し、電源線４…に流れる交流電流は、図２（ｃ）で示すように奇数次たとえば第５次の高調波成分を含むものとなる。
【００１６】
このような高調波成分による悪影響が前記各サーボモータＳＭ１〜ＳＭ２に及ぶことを防止するために、前記高調波取出しユニット１０は、電源線４…に流れる交流電流が含む高調波成分を取出して三相誘導モータＩＭに供給し得るように構成される。また制御盤２内には、前記冷却ファンＦによる送風の必要程度を検出するセンサ、すなわち制御盤２内の温度を検出するための温度センサ１１が配設されており、この温度センサ１１で検出される温度が閾値を超えるのに応じて出力信号を切換えるスイッチ駆動手段１２からの信号が前記高調波取出しユニット１０に入力される。
【００１７】
図３において、高調波取出しユニット１０は、三相誘導モータＩＭが備える３つのステータコイル１３，１３，１３に個別に接続される３つの進相コンデンサ１４，１４，１４と、各進相コンデンサ１４…をそれぞれ迂回する３つのバイパス回路１６，１６，１６と、前記進相コンデンサ１４…および前記バイパス回路１６…への前記電源線４…の択一的な接続を連動して切換える３つの切換手段としてのスイッチ１５，１５，１５とを備える。
【００１８】
各進相コンデンサ１４…は、電源線４…から供給される交流電流が含む奇数次の高調波成分たとえば第５次の高調波成分と共振する回路を、対応するステータコイル１３…と協働して構成するものであり、スイッチ１５…が、電源線４…を進相コンデンサ１４…に接続した状態にあるときには、交流電流の前記各電源線４…による位相差に基づいて各ステータコイル１３…に順次電流が流されることになる。すなわち奇数次たとえば第５次の高調波成分を含む交流電流から取出された高調波成分により、たとえば５０Ｈｚの５倍である２５０Ｈｚの周波数で三相誘導モータＩＭが駆動されることになる。
【００１９】
ところで、高調波電流による三相誘導モータＩＭの同期運転時に誘導性を確保するための条件は、三相誘導モータＩＭの一次リアクタンスをｘ１、三相誘導モータＩＭにおけるロータの１相リアクタンスの一次側換算値をｘ′２、進相コンデンサ１４のリアクタンスをＸｃとしたときに、第５次の高調波電流では、次の第（１）式を満足することである。
【００２０】
５２  ×（ｘ１＋ｘ′２）−Ｘｃ≧０……（１）
ここで  進相コンデンサ１４のリアクタンスＸｃは、高調波電流の周波数をｆ１、進相コンデンサ１４の容量をＣとしたときに、
Ｘｃ＝１／（２π×ｆ１×Ｃ）……（２）
であるので、第（１）および第（２）式から、
Ｃ≧１／｛（２π×ｆ１×５２  ×（ｘ１＋ｘ′２）｝……（３）
を得ることができ、この第（３）式に基づいて、進相コンデンサ１４の容量Ｃを定めればよい。
【００２１】
またスイッチ駆動手段１２は、前記温度センサ１１で検出される温度が閾値以下であるときに電源線４…を進相コンデンサ１４…に接続させる状態と、前記温度センサ１１で検出される温度が閾値を超えたときに電源線４…をバイパス回路１６…に接続させる状態とを切換えるようにして、各スイッチ１５…を連動してスイッチング作動せしめる信号を出力する。
【００２２】
次にこの実施例の作用について説明すると、スイッチ１５…が電源線４…を進相コンデンサ１４…に接続させた状態では、奇数次の高調波成分を含む交流電流が流れる三相の電源線４…に、三相誘導モータＩＭの各ステータコイル１３…が、前記奇数次の高調波成分と共振する回路を前記ステータコイル１３…と協働して構成する個別の進相コンデンサ１４…を介してそれぞれ接続されており、交流電流の各電源線４…による位相差に基づいて各ステータコイル１３…に順次電流が流されるので、三相の電源線４…を流れる交流電流が含む奇数次の高調波成分が取出され、三相誘導モータＩＭを動かすエネルギーとして活用されることになり、交流電流に含まれる高調波成分による悪影響が三相誘導モータＩＭ以外のサーボモータＳＭ１〜ＳＭ４等の電気機器に及ぶことを防止することができるとともに高調波成分を有効に活用することができる。
【００２３】
しかも各電源線４…に進相コンデンサ１４…を介して三相誘導モータＩＭのステータコイル１３…を接続するだけであるので、低コストで高調波成分対策を実施することができる。
【００２４】
また前記各進相コンデンサ１４…をそれぞれ迂回する３つのバイパス回路１６…と、前記各進相コンデンサ１４…との、前記電源線４…への択一的な接続がスイッチ１５…で切換えられるので、電源線４…を流れる交流電流を三相誘導モータＩＭにそのまま供給して、三相誘導モータＩＭの出力を大きくすることができ、この実施例のように制御盤２内の温度が閾値を超えて昇温したときには三相誘導モータＩＭの出力を大きくする場合には、制御盤２内を効果的に冷却することが可能となる。
【００２５】
ところで、三相誘導モータＩＭでの消費電力Ｗは、電圧をＶ、電流をＡとしたときに、（Ｗ＝Ｖ×Ａ×√３）により得られるが、高調波を進相コンデンサ１４…およびコイル１３…による共振回路において流れる電流Ａを計測すると、最大でも０．１９アンペアであり、このときの電圧Ｖは４６．８ボルトである。したがって消費電力Ｗは１５．７ワット（＝４６．８×０．１９×√３）となり、２００ワットの電動モータに比べると大幅な省エネルギーが可能となる。特に、この実施例のように冷却ファンＦを駆動する三相誘導モータＩＭに供給する電流を、制御盤２内の温度を検出する温度センサ１１による検出値によって、定格電流とする場合と、高調波電流とする場合とに切換えるようにすることで、省エネルギー効果を高め、消費電力の低減を図ることができる。
【００２６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、交流電流に含まれる高調波成分による悪影響が三相誘導モータ以外の電気機器に及ぶことを防止するとともに高調波成分を有効に活用することができ、しかも低コストで高調波成分対策を実施することができる。
【００２８】
また請求項２記載の発明によれば、三相の電源線を流れる交流電流を三相誘導モータにそのまま供給して三相誘導モータの出力を大きくすることができる。
【００２９】
さらに請求項３記載の発明によれば、ファンによる送風の必要程度に応じて、三相誘導モータに供給する電流を定格電流とする場合と、高調波電流とする場合とに切換えるようにして、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボット駆動装置の構成を示す図である。
【図２】高調波成分が交流電流波形に含まれる過程を説明するための図である。
【図３】高調波取出しユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
４・・・電源線
１３・・・ステータコイル
１４・・・進相コンデンサ
１５・・・切換手段としてのスイッチ
１６・・・バイパス回路
ＩＭ・・・三相誘導モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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