(57)【要約】【課題】機械的接点を備えたコンタクタを一切使わないようにすると共に、使用する部品とその構成により本質的な電流抑制機能を持つようにし、耐久性が優れ、いかなる場合にでも確実な動作を保障することができる電流抑制装置を提供する。【解決手段】交流を直流に変換する整流手段１と、整流手段１の直流出力側の一端がリアクトル１２を介して平滑用コンデンサ５を充電する整流装置において、リアクトルの空隙中に磁気抵抗素子１６を配置してリアクトル１２の磁束が磁気抵抗素子１６を貫通するようにし、磁気抵抗素子１６をリアクトル１２のコイルと直列接続したことを特徴とするものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する整流手段と、前記整流手段の直流出力側の一端がリアクトルを介して平滑用コンデンサを充電する整流装置において、
前記リアクトルの空隙中に磁気抵抗素子を配置して前記リアクトルの磁束が前記磁気抵抗素子を貫通するようにし、前記磁気抵抗素子を前記リアクトルのコイルと直列接続したことを特徴とする電流抑制装置。
【請求項２】
前記リアクトルの空隙部を空隙長の短い部分と空隙長の長い部分に分割し、空隙長の長い部分にのみ磁気抵抗素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の電流抑制装置。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子に対し並列に抵抗手段を接続したものである請求項１または２記載の電流抑制装置。
【請求項４】
前記リアクトルと前記磁気抵抗素子の直列接続回路を前記整流手段の直流出力側である正側母線または負側母線のどちらか一方に備えたものである請求項１から３のいずれか一項に記載の電流抑制装置。
【請求項５】
前記リアクトルと磁気抵抗素子との直列接続回路を、交流電源と負荷機との間に備えたことを特徴とする電流抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサインプット形整流装置における電源投入時にコンデンサを充電する突入電流を低減する電流抑制装置に関する。また誘導電動機をインバータ装置等の電動機制御装置を全く使用することなしに商用電源を負荷（誘導電動機）へ直入始動するときの始動電流を抑制するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンデンサインプット形整流装置では、電源投入時は抵抗器を通じてコンデンサを充電し、コンデンサが十分に充電されて電流が減少した後に、この抵抗器と並列にリアクトルが接続されるようにコンタクタを閉じて通常の運転に備えるようにしている。例えば、特許文献１（特開平８−３０８２４２号公報）参照。
また、抵抗器とリアクトルを直列に接続しておいて、コンデンサの充電完了後抵抗器をコンタクタで短絡するようにしているものもある。例えば、非特許文献１参照。さらに、小容量のもので、電源の電流リップルが問題にならない用途では、このリアクトルを省略することもある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３０８２４２号公報（第３頁、第１図）
【非特許文献１】
今井孝二監修、「パワーエレクトロニクスハンドブック」、Ｒ＆Ｄプランニング出版、２００２年２月２０日、ｐ．４８５、図９。
【０００４】
従来の整流回路（特許文献１）を図８に示す。図において、１は整流器、２は抵抗、３はコンタクタ、４は交流電源、５は平滑コンデンサ、６はコンタクタ制御手段、７は電圧検出手段、８はインバータ部制御手段、９はインバータ部、１０と１１はダイオード、１２はリアクトルである。
図８において、コンタクタ３は電源投入時は開いていて、平滑コンデンサ５はダイオード１０と突入電流抑制のための抵抗２を通って流れる電流によって充電される。コンデンサが十分に充電された後に、コンタクタ３を閉じて通常運転に備える。
また従来の整流回路を図９に示す。図において、１は整流器、Ｒ１、Ｒ２は抵抗、３はコンタクタ、４は交流電源、５は平滑コンデンサ、、９は主回路トランジスタＱ１〜Ｑ６で構成したインバータ部、１２はリアクトル、１３はインバータによって駆動される誘導電動機である。トランジスタＱ７、抵抗Ｒ２は負荷となる誘導電動機が発電機として動作した場合に平滑コンデンサ５の電圧を適正に維持するための制動回路である。
【０００５】
図９においては、電源投入時にコンタクタ３を開いておき、図８の場合と同様に、抵抗器Ｒ１とリアクトル１２とを通って流れる電流でコンデンサの充電し、充電完了後コンタクタを閉じる。
図８と図９いずれの場合も、コンタクタを閉じるタイミングは、（１）図示しない整流回路またはインバータ部の制御手段に備えたタイマー手段によって決める、（２）コンデンサ電圧が電源と同等になったことを検出するかまたはその微分値が十分に小さいことを検出する、（３）直流電流が十分に小さくなったことを検出する、等の方法がとられる。
このように、従来のコンデンサインプット形整流装置は、電源投入時は抵抗を介してコンデンサを充電することで、充電電流を抑制し、その後接点を閉じることによって通常の運転ができるようにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電流抑制装置は、接点を用いているために耐用寿命が限られているという問題があった。また、瞬時電圧降下のような場合は、コンタクタの動作遅れにより接点が開かないことがあり、電圧が回復した時に充電電流を抑制することができないという問題を抱えていた。
そこで、本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、機械的接点を備えたコンタクタを一切使わないようにすると共に、使用する部品とその構成により本質的な電流抑制機能を持つようにし、耐久性が優れ、いかなる場合にでも確実な動作を保障することができる電流抑制装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。請求項１に記載の発明は、交流を直流に変換する整流手段と、前記整流手段の直流出力側の一端がリアクトルを介して平滑用コンデンサを充電する整流装置において、前記リアクトルの空隙中に磁気抵抗素子を配置して前記リアクトルの磁束が前記磁気抵抗素子を貫通するようにし、前記磁気抵抗素子を前記リアクトルのコイルと直列接続したことを特徴とするものである。こうすることで電源投入時にコンデンサを充電する過渡的な突入電流、過大電流が流れると、リアクトルの磁束が増大するので磁気抵抗素子の抵抗値が増大し、自らその電流を抑制することができ、タイマや直流電圧等の条件に依存することなく、確実な電流抑制効果を、無接点で構築することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記リアクトルの空隙部を空隙長の短い部分と空隙長の長い部分に分割し、空隙長の長い部分にのみ磁気抵抗素子を配置したことを特徴とするものである。こうすることで、通常運転で磁束密度が低いときは、磁束が磁気抵抗素子を迂回し、磁束密度がある一定値を超えるとこの迂回路の鉄心が飽和して、磁気抵抗素子に交差する磁束が増加し始めるようにすることにより、通常運転時は磁気抵抗素子の損失を低く保つとともに、過電流時にはその抵抗値が増加して電流抑制効果を持たせることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、さらに磁気抵抗素子に並列に固定抵抗器を接続することにより、過大電流で磁気抵抗素子の抵抗値が大きくなった時に電流を固定抵抗器に分流させることにより、電流抑制時の発熱を分散させることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記リアクトルと前記磁気抵抗素子の直列接続回路を前記整流手段の直流出力側である正側母線または負側母線のどちらか一方に備えたものである。
さらに、請求項５に記載の発明は、この電流抑制装置を他の用途にも適用する例で、誘導電動機と電源との間に直列に接続した交流リアクトルとその磁束が交差するように設置した磁気抵抗素子を備えることにより、誘導電動機を直入れ始動する際に流れる始動電流を抑制することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。図１は、本発明の電流抑制装置（第１実施例）の接続図である。図において、１は交流電源を直流に整流する整流器、４は交流電源、５は整流された直流のリップルを除去する平滑コンデンサ、１２はリアクトル、１６は磁気抵抗素子である。磁気抵抗素子１６はリアクトル１２で発生する磁束がこの磁気抵抗素子１６内を貫通するように該リアクトルの空隙に設置される。１７は正側母線Ｐと負側母線Ｎに接続した負荷であり、直流機器を駆動してもいいし、インバータを介して交流機器を駆動することもできる。ａ、ｂは磁気抵抗素子１６の両方の端子、Ｐは整流器１の直流出力の正側母線、Ｎは負側母線である。図１において整流器１と正側母線Ｐと平滑コンデンサの接続点と整流器１の正側出力点との間にリアクトル１２と磁気抵抗素子１６の直列接続回路を接続する。なお、リアクトル１２と磁気抵抗素子１６の直列接続回路は、正側母線Ｐの代わりに負側母線Ｎの対応する部分に接続してもよい。即ち、整流器１と負側母線Ｎと平滑コンデンサの接続点と整流器１の負側出力点との間にリアクトル１２と磁気抵抗素子１６の直列接続回路を接続しても良い。
【００１０】
本発明が従来技術である図８、９と本質的に異なる部分はリアクトル１２と該リアクトルの磁束変化に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子１６を該リアクトルの空隙に設置した部分である。図２は、図１の回路においでリアクトル１２と磁気抵抗素子１６との構成例を示すものである。リアクトル１２のコイルは磁気抵抗素子１６と直列接続し、磁気抵抗素子１６はリアクトル１２の空隙内に取付けているので、空隙を通る磁束の増減に応じて抵抗値も増減する。
また、図３は、リアクトルの磁束が電流と共に変化すると、磁気抵抗素子の抵抗値が変化することを示す特性曲線である。横軸はリアクトル１２のコイル電流、縦軸は該コイル電流が作る磁束により変化する磁気抵抗素子１２の抵抗値を示す。このように、電源投入時に、電源電圧とコンデンサ電圧との差異により、過大な電流が流れようとすると、その電流自体が強力な磁束Ｆを空隙に発生させ、その磁束が磁気抵抗素子の抵抗値を大きくするため、結果として平滑コンデンサ、直流母線Ｐ、Ｎを流れる電流を抑制できる。
【００１１】
図４は本発明の構成（第２実施例）を示す図である。図４が図２と異なる部分は、リアクトルの空隙部を空隙長の短い部分と空隙長の長い部分に分割し、空隙長の長い部分にのみ磁気抵抗素子１６を配置したところにある。ここでは、リアクトルと磁気抵抗素子１６の部分のみ描いているが、他の構成は図１、２と同様である。図４では、リアクトルが異なる２種類の空隙長を構成しているので、電流が小さく磁束密度が低い間は、磁気抵抗が小さい空隙長の短い経路に磁束Ｆ１が集中する。一方電流が過大になって、磁束密度が大きくなると、Ｆ１の経路における鉄心が飽和し、空隙長の長い部分にも磁束が通るようになるので、磁束はリアクトルの全空隙に広がるため、磁気抵抗素子４を磁束Ｆ２が通るようになって、その抵抗を増加させ、電流抑制効果が有効になる。
【００１２】
図５は、第２実施例における電流に対する抵抗値の特性を示すものである。このように、通常の使用領域での電流では磁気抵抗素子の抵抗値があまり変化せず、電流がある一定値を超えてからは抵抗値が急激に増大するような特性になっているので、通常運転時の発生損失を低く保つとともに、過電流領域では十分な電流の抑制をすることができる。
【００１３】
（第３実施例）図６は本発明の第３実施例の構成を示す図である。図６が図１と異なる部分は、磁気抵抗素子１６に並列に抵抗器２を設けた部分である。図６では、第１、第２実施例の磁気抵抗素子４と並列に固定抵抗器６を接続し、固定抵抗器６の抵抗値を、磁気抵抗素子の無磁束時の抵抗値よりも十分に大きくなるように選定することにより、通常の使用領域では主として磁気抵抗素子に電流が流れ、過電流で磁気抵抗素子の抵抗値が大きくなった時には、磁気抵抗素子と固定抵抗器とで電流を分担するため、磁気抵抗素子の温度上昇を低減することができ、冷却設計の自由度と信頼性を向上させるものである。
【００１４】
（第４実施例）図７は、第４実施例の構成を示す図である。図７において４は商用の交流電源、１３は負荷である誘導電動機、１４は交流電源４の負荷への投入、遮断をおこなう開閉器、１５はＡＣリアクトル、１６ａ、１６ｂ、１６ｃはＡＣリアクトル１５の空隙に配置しＡＣリアクトル１５のコイルと直列接続した磁気抵抗素子である。図７が図１〜６と異なる部分は、図１〜６は磁気抵抗素子を直流回路中に設けたのに対し、図７は磁気抵抗素子を交流回路中に設けた部分である。図７では、同様な回路構成を交流回路に適用したもので、誘導電動機をインバータ装置等の電動機制御装置を全く使用することなしに商用電源を負荷となる誘導電動機１３へ直入始動するときの始動電流を抑制するものである。従来の直入始動は負荷となる誘導電動機の三相巻線をＹ結線で始動した後にΔ結線に巻線切換するものである。この場合は巻線切換のため電力用の大きな電磁接触器等からなる巻線切換手段が必要になり装置が大きくなる。本発明よればこのような巻線切換をせずに直入れ始動ができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電流抑制装置によれば、交流を直流に変換する整流手段と、前記整流手段の直流出力側の一端がリアクトルを介して平滑用コンデンサを充電する整流装置において、前記リアクトルの空隙中に磁気抵抗素子を配置して前記リアクトルの磁束が前記磁気抵抗素子を貫通するようにし、前記磁気抵抗素子を前記リアクトルのコイルと直列接続したので、電圧等の条件判断やタイマに基づく外部からの信号に依存することなく、自己作用的に過大電流を抑制することができ、信頼性の高い電流抑制装置を実現することができるという効果がある。機械的接点を備えたコンタクタ、電磁接触器、リレーを一切使わないようにすると共に、使用する部品とその構成により本質的な電流抑制機能を持つようにし、耐久性が優れ、いかなる場合にでも確実な動作を保障することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の整流装置によれば、前記リアクトルの空隙部を空隙長の短い部分と空隙長の長い部分に分割し、空隙長の長い部分にのみ磁気抵抗素子を配置したので、通常運転時の損失を小さくすることができ、装置の効率を向上させることができるという効果がある。
また、請求項３に記載の整流装置によれば、磁気抵抗素子に並列に固定抵抗器を接続することにより、電流抑制の機能中における熱の発生を分散させることができるので、冷却設計の自由度と信頼性の向上を実現することができるという効果がある。
また、請求項４に記載の電流抑制装置によれば、前記リアクトルと前記磁気抵抗素子の直列接続回路を前記整流手段の直流出力側である正側母線または負側母線のどちらか一方に備えたので、設計の自由度を上げることができる。
また、請求項５に記載の電流抑制装置によれば、リアクトルとそれに磁気的に結合した磁気抵抗素子とを、誘導電動機の始動回路に直列に接続することにより、始動電流を効果的に抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電流抑制装置の回路面図
【図２】本発明の第１実施例である電流抑制装置において、リアクトル３と磁気抵抗素子４の相互関係を示す構造図
【図３】本発明の第１実施例である電流抑制装置に用いるリアクトルと磁気抵抗素子の抵抗―電流特性図
【図４】本発明の第２実施例である電流抑制装置において、リアクトル３と磁気抵抗素子４の相互関係を示す構造図
【図５】本発明の第２実施例である電流抑制装置に用いるリアクトルと磁気抵抗素子の抵抗―電流特性図
【図６】本発明の第３実施例の回路図
【図７】本発明の第４実施例の回路図
【図８】従来の整流装置の回路図
【図９】従来の整流装置の回路図
【符号の説明】
１  整流器
２  抵抗
３  コンタクタ
４  交流電源
５、Ｃ  平滑コンデンサ
６  コンタクタ制御手段
７  電圧検出手段
８  インバータ部制御手段
９  インバータ部
１０、１１  ダイオード
１２、Ｌ  リアクトル
１３  誘導電動機
１４  開閉器
１５  ＡＣリアクトル
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  磁気抵抗素子
１７  負荷
ＳＷ  スイッチ
【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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【図８】
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【図９】
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