(57)【要約】  【課題】  モータ駆動用電力変換装置の回生電力消費用抵抗器の発火や発煙を防止する技術の提供。  【解決手段】  回生電力消費用の抵抗器として、抵抗線が単位巻線幅当りの抵抗値が他の巻線領域よりも大きくなる巻線領域を一部に形成して芯材に巻き付けられ、通電による発熱量が該巻線領域で他の巻線領域よりも大きくなる構成とし、該抵抗線が過大電流により断線する場合、該断線が上記抵抗値の大きい巻線領域内で発生するようにする。また、上記抵抗線の上記抵抗値が大きい巻線領域において該抵抗線と筐体との間の距離は、該抵抗線が過大電流により断線するとき、該抵抗線と該筐体との間のアーク発生を抑えられる距離とし、発火や発煙や焼損の拡大等を抑える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材に抵抗線を巻き付けた巻線構体を筐体内に備えて成る抵抗器であって、
上記巻線構体は、上記抵抗線が上記芯材に対し、単位巻線幅当りの抵抗値が他の巻線領域よりも大きくなる巻線領域を一部に形成して巻き付けられ、通電時に該巻線領域での発熱量が他の巻線領域よりも大きくなる構成であることを特徴とする抵抗器。
【請求項２】
上記巻線構体は、上記単位巻線幅当りの抵抗値が他よりも大きい巻線領域が、巻線密度が高い巻線領域、素線断面積が小さい巻線領域、または素線断面積が小さくかつ巻線密度が高い巻線領域により形成される請求項１に記載の抵抗器。
【請求項３】
上記筐体、上記巻線構体のいずれか一方または両方は、上記抵抗線の上記単位巻線幅当りの抵抗値が大きい巻線領域において該抵抗線と該筐体との間の距離が、他の巻線領域における該距離よりも大きくされた構成である請求項１に記載の抵抗器。
【請求項４】
上記巻線構体は、上記芯材がその一部に、幅方向の両端側が凹状にされて幅寸法を狭くされた部分を有し、該部分に、上記抵抗線の上記単位巻線幅当りの抵抗値が他の巻線領域よりも大きくなる巻線領域が配され、該巻線領域の抵抗線と上記筐体との間の距離が、他の部分の巻線領域の抵抗線と該筐体との間の距離よりも大きくされている請求項１に記載の抵抗器。
【請求項５】
交流電源からの電力を変換してモータに供給し該モータを駆動するモータ駆動用電力変換装置であって、
請求項１から４のいずれかに記載の抵抗器を、上記モータ側からの回生電力を消費させる抵抗器として用いたことを特徴とするモータ駆動用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動用の電力変換装置に係り、特に、回生電力を消費させる抵抗器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ駆動用電力変換装置においては、モータ回転を減速する場合、モータを発電機として動作させ、発電電力を回生電力として該モータ駆動用電力変換装置側に戻し、該回生電力を該電力変換装置内の抵抗器で熱エネルギーとして消費させるようにしている。例えば、特開平５−３３６７５８号公報（特許文献１）には、回生電力を消費させる回生抵抗（抵抗器）の焼損を防ぐための技術として、該回生抵抗に並列に、サイリスタスイッチと故障判定回路とを設けるとした構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３６７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のモータ駆動用電力変換装置では、回生電力を抵抗器で熱エネルギーとして消費させるとき、該回生電力による過大電流が該抵抗器に流れた場合には、該抵抗器の抵抗線が筐体内で断線するようにしている。このときアークが生じ、それによる発火や発煙、さらには筐体内での各部の焼損の拡大等が発生し、安全性の点で問題となることが多い。また、上記公報記載の技術は、あくまでも回生抵抗（抵抗器）の焼損を防ぐためのものであって、該回生抵抗が破壊される場合における発火や発煙や筐体内の焼損拡大等を抑えるための技術ではない。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、モータ駆動用電力変換装置において、回生電力を消費させる抵抗器に過大電流が流れて破壊されるとき、発火や発煙や焼損の拡大等の発生を抑えられるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、安全性を確保可能なモータ駆動用電力変換装置技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題点を解決するために、本発明では、モータ駆動用電力変換装置において、回生電力消費用の抵抗器として、抵抗線が単位巻線幅当りの抵抗値が他の巻線領域よりも大きくなる巻線領域を一部に形成する状態で芯材に巻かれ、通電時に該巻線領域の発熱量が他の巻線領域の発熱量よりも大きくなる構成とし、該抵抗線が過大電流により断線する場合、該断線が上記巻線領域の範囲内で発生するようにし、上記他の巻線領域では発生しないようにする。また、上記抵抗線の抵抗値が大きい巻線領域において該抵抗線と筐体との間の距離は、該抵抗線が過大電流の通電により断線し抵抗器が破壊されるとき、該抵抗線と該筐体との間のアークの発生を抑えられる距離とする。
具体的には、上記を基本的構成要件とした抵抗器とそれを用いたモータ駆動用電力変換装置を、本発明として提案する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、モータ駆動用電力変換装置において、回生電力を消費させる抵抗器の破壊時における発火や発煙や焼損の拡大等の問題を改善することができ、安全性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の最良の実施形態につき、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態としての、モータ駆動用電力変換装置用の抵抗器の構成例図で、（ａ）は筐体内部の平面図、（ｂ）は側断面図である。
【０００８】
図１において、１００は抵抗器、１０１は抵抗線、１０２は芯材、１０３は戻り線、１０４は引出し線、１０５ａは、抵抗線１０１の一端を引出し線１０４に接続するための接続部、１０５ｂは、抵抗線１０１の他端を戻り線１０３の一端に接続するための接続部、１０５ｃは、戻り線１０３の他端を引出し線１０４に接続するための接続部、１０６ａ、１０６ｂ、１０６は筐体、２０１は、抵抗線１０１の単位巻線幅（Ｘ方向の単位巻線幅）当りの抵抗値を他の巻線領域よりも大きくされた巻線領域、２０２は、他の巻線領域（巻線領域２０１以外の巻線領域）、ｗ１は、抵抗線１０１が巻き付けられる部分の芯材１０２の幅寸法（Ｙ方向寸法）であって該芯材１０２の幅方向（Ｙ方向）の両端部が凹状にされた部分の幅寸法、ｗ２は、抵抗線１０１が巻き付けられる部分の芯材１０２の幅寸法であって該芯材１０２の幅方向の両端部が凹状にされない部分の幅寸法、ｇ１ａは、芯材１０２の厚さ方向（Ｚ方向）における巻線領域２０１の抵抗線１０１と筐体１０６ａとの間の距離、ｇ１ｂは、Ｚ方向における巻線領域２０１の抵抗線１０１と筐体１０６ｂとの間の距離、ｇ２ａは、Ｚ方向における巻線領域２０２の抵抗線１０１と筐体１０６ａとの距離、ｇ２ｂは、Ｚ方向における巻線領域２０２の抵抗線１０１と筐体１０６ｂとの距離、ｇ１ｃは、芯材１０２の幅方向（Ｙ方向）における巻線領域２０１の抵抗線１０１と戻り線１０３との距離、ｇ１ｄは、芯材１０２の幅方向（Ｙ方向）における巻線領域２０１の抵抗線１０１と筐体１０６との距離である。巻線領域２０１においては抵抗線１０１の単位巻線幅当りの抵抗値が、巻線領域２０１、２０２中で最大となる、すなわち、巻線領域２０１における抵抗線１０１の単位巻線幅当りの抵抗値は、巻線領域２０２における抵抗線１０１の単位巻線幅当りの抵抗値よりも大きくなるようにしてある。巻線領域２０１においては抵抗線１０１の巻線密度を巻線領域２０２よりも高めることで、上記単位巻線幅当りの抵抗値を増大させている。距離ｇ１ａ、ｇ１ｂ、ｇ１ｃはそれぞれ、抵抗線１０１と、筐体１０６ａ、１０６ｂ、１０６との間でアークが発生しない距離とされ、距離ｇ１ｄは、抵抗線１０１と戻り線１０３との間でアークが発生しない距離とされている。本構成では、抵抗線１０１、芯材１０２、戻り線１０３、引出し線１０４及び接続部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃなどが巻線構体を構成する。
【０００９】
上記構成において、回生電力の消費時に、抵抗線１０１全体に過大電流が流れると、巻線領域２０１の抵抗線１０１の抵抗値による発熱量が、他の巻線領域２０２の発熱量よりも大きくなり、該巻線領域２０１において抵抗線１０１が断線する。しかしながら、上記距離ｇ１ａ、ｇ１ｂ、ｇ１ｃ、ｇ１ｄはそれぞれ十分な値が確保されているため、該断線のとき、該抵抗線１０１と、筐体１０６ａ、１０６ｂ、１０６や戻り線１０３との間のアークの発生は抑えられる。これらの間でのアークの発生が抑えられることで、筐体内における発火や発煙や焼損の拡大等が抑えられ、安全性が確保される。
【００１０】
なお、上記図１（ｂ）の構成では、筐体１０６ａ、１０６ｂをそれぞれ、巻線領域２０１の部分で局部的にＺ方向の距離ｇ１ａ、ｇ１ｂを確保する構成としたが、この他、巻線領域２０１、２０２を含む全巻線領域にわたって距離ｇ１ａ、ｇ１ｂが確保される構成としてもよい（以下、該構成のものを第１の実施形態の変形形態という）。
図２は、本発明の第２の実施形態としてのモータ駆動用電力変換装置の構成例図である。回生電力消費用の抵抗器には、本発明の抵抗器を用いる。以下、図２の説明中で用いる図１の構成要素には、図１で用いた符合を付す。
【００１１】
図２において、３００はモータ駆動用電力変換装置、３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗは交流電源、Ｎはその中性点、３０２は、中性点ＮをＢ種接地（第二種接地）する接地部、３０３は、交流電源３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗからの交流電力を直流電力に変換するためのコンバータ、３０４は平滑用コンデンサ、１００は、回生電力消費用の抵抗器であって例えば図１の構成の抵抗器、３０５は、抵抗器１００の接続をオン・オフするためのスイッチ用トランジスタ、３０６は、直流電力を交流電力に変換するインバータ、３０７は、モータ駆動用電力変換装置３００の本体ケース、３０８は、モータ駆動用電力変換装置３００内で漏電が発生したときに漏電電流を逃がして感電を防ぐために本体ケース３０７をＤ種接地（第三種接地）する接地部、３１１は、モータ駆動用電力変換装置３００により駆動されるモータ、３１２は、モータ３１１の負荷である。
【００１２】
上記構成において、力行動作時は、交流電源３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗからの交流電力がモータ駆動用電力変換装置３００において電力変換され、該電力変換された電力がモータ３１１に供給される。すなわち、交流電源３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗからの交流電力がモータ駆動用電力変換装置３００に入力され、該モータ駆動用電力変換装置３００内で、コンバータ３０３において直流電力に変換され、該直流電力が平滑用コンデンサ３０４により平滑化され、該平滑化された直流電力がインバータ３０６において所定の交流電力に変換され、該交流電力がモータ３１１側に出力される。モータ３１１は、該交流電力により回転駆動され、負荷３１２を駆動する。
【００１３】
一方、回生動作時は、負荷３１２のエネルギーによりモータ３１１が回転駆動されて発電機として作動し、発電した電力（交流電力）をモータ駆動用電力変換装置３００側に供給する。モータ３１１から供給された交流電力（以下、回生電力という）は、インバータ３０６で直流電力に変換される。本図２の構成のモータ駆動用電力変換装置３００では、コンバータ３０３には交流電源３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗに電力を変換する機能がない。このため、モータ３１１から供給された回生電力は平滑用コンデンサ３０４に蓄積される。回生電力の平滑用コンデンサ３０４への供給が許容蓄積量を超えた場合には該平滑用コンデンサ３０４は破壊される。本構成では、該平滑用コンデンサ３０４を破壊させずに回生動作を行うために、平滑用コンデンサ３０４の両端の直流電圧ＶＤＣが所定値を超えた場合に、スイッチ用トランジスタ３０５をオン状態にして抵抗器１００に回生電力を供給し、該抵抗器１００で回生電力を熱エネルギーとして消費させる。直流電圧ＶＤＣが所定値以下になった場合には、該スイッチ用トランジスタ３０５をオフ状態にして回生電力を平滑用コンデンサ３０４に蓄積させる。すなわち、抵抗器１００は、回生電力を消費させて直流電圧ＶＤＣが所定値を超えないようにして平滑用コンデンサ３０４の破壊を防止する。抵抗器１００において回生電力を消費させる際、該抵抗器１００内では、巻線領域２０１における抵抗線１０１で発生する熱エネルギー（発熱量）が、他の巻線領域で発生する熱エネルギー（発熱量）よりも大きくなり、該回生電力による電流が過大の場合は、該巻線領域２０１において抵抗線１０１が溶断する。該溶断時も、抵抗線１０１には継続して直流電圧ＶＤＣが印加されるため、抵抗線１０１の溶断部間にはアークが発生し易い。しかしながら、本発明の図１の抵抗器１００では、抵抗線１０１と筐体１０６ａ、１０６ｂ、１０６との間の距離ｇ１ａ、ｇ１ｂ、ｇ１ｄや、抵抗線１０１と戻り線１０３との間の距離ｇ１ｃはそれぞれ、十分な値が確保されているため、抵抗線１０１の溶断部間にアークが発生したとしても、該抵抗線１０１と、筐体１０６ａ、１０６ｂ、１０６や該戻り線１０３との間ではアークの発生は抑えられる。該箇所でのアーク発生が抑えられることで、筐体内における発火や発煙や焼損の拡大等が抑えられ、安全性が確保されるとともに、抵抗器１００の該筐体１０６ａ、１０６ｂ、１０６とモータ駆動用電力変換装置３００の本体ケース３０７との間に地絡電流が流れることも阻止され、この点からの安全性も確保される。
【００１４】
図３は、本発明の第３の実施形態としての、モータ駆動用電力変換装置用の抵抗器の構成例図である。本第３の実施形態の抵抗器は、上記第１の実施形態の抵抗器に対し、巻線領域２０１における抵抗線として、その素線断面積が巻線領域２０２の抵抗線の素線断面積よりも小さいものを用い、かつ、該巻線領域２０１における巻線密度が巻線領域２０２よりも高くなるようにし、巻線領域２０１における抵抗線の単位巻線幅当りの抵抗値を増大させるようにした場合である。
【００１５】
図３において、１０１'は、巻線領域２０１における抵抗線、ｇ１ａ'は、芯材１０２の厚さ方向（Ｚ方向）における巻線領域２０１の抵抗線１０１'と筐体１０６ａとの間の距離、ｇ１ｂ'は、Ｚ方向における巻線領域２０１の抵抗線１０１'と筐体１０６ｂとの間の距離である。他の部分の構成は上記図１の場合と同様である。本構成では、抵抗線１０１、１０１'、芯材１０２、戻り線（図示なし）、引出し線（図示なし）及び接続部（図示なし）などが巻線構体を構成する。
【００１６】
上記構成において、回生電力の消費時に、抵抗線１０１、１０１'に過大電流が流れると、巻線領域２０１の抵抗線１０１'による発熱量が、他の巻線領域２０２の抵抗線１０１の発熱量よりも大きくなり、該巻線領域２０１の範囲内において抵抗線１０１'が断線（溶断）する。しかしながら、上記距離ｇ１ａ'、ｇ１ｂ'及び芯材１０２の幅方向（Ｙ方向）における巻線領域２０１の抵抗線１０１'と戻り線（図示なし）との距離（図示なし）、芯材１０２の幅方向（Ｙ方向）における巻線領域２０１の抵抗線１０１'と筐体との距離（図示なし）はそれぞれ、十分な値が確保されているため、該断線のとき、抵抗線１０１'と、筐体１０６ａ、１０６ｂや戻り線との間でのアーク発生は抑えられる。該箇所でのアーク発生が抑えられることで、筐体内における発火や発煙や焼損の拡大等が抑えられ、安全性が確保される。また、上記図２に示すようなモータ駆動用電力変換装置に該抵抗器１００を回生電力消費用として用いた場合には、上記筐体１０６ａ、１０６ｂとモータ駆動用電力変換装置の本体ケース（図示なし）との間に地絡電流が流れることも阻止され、この点からの安全性も確保される。特に、本第３の実施形態の構成では、巻線領域２０１における抵抗線１０１'の抵抗値を増大させ易く、他の巻線領域２０２の抵抗線１０１の抵抗値との差を大きくし易い。このため、抵抗線１０１、１０１'に過大電流が流れた場合、確実に巻線領域２０１の抵抗線１０１'を断線（溶断）させることができる。
【００１７】
なお、上記図３の構成では、筐体１０６ａ、１０６ｂをそれぞれ、巻線領域２０１の部分で局部的にＺ方向の距離ｇ１ａ'、ｇ１ｂ'を確保する構成としたが、この他、巻線領域２０１、２０２を含む全巻線領域にわたって距離ｇ１ａ'、ｇ１ｂ'を確保する構成としてもよい（以下、該構成のものを第３の実施形態の変形形態という）。
【００１８】
上記第３の実施形態としての抵抗器または上記第３の実施形態の変形形態としての抵抗器を、回生電力消費用の抵抗器として用いるモータ駆動用電力変換装置としては、例えば図２の構成において、回生電力消費用の抵抗器１００に上記第３の実施形態としての抵抗器または上記その変形形態としての抵抗器を用いる構成のものが考えられる。該モータ駆動用電力変換装置の作用、効果は、上記図２で説明した場合と同様である。
【００１９】
図４は、本発明の第４の実施形態としての、モータ駆動用電力変換装置用の抵抗器の構成例図である。本第４の実施形態の抵抗器は、上記第１の実施形態の抵抗器や上記第３の実施形態の抵抗器と異なり、抵抗線の単位巻線幅当りの抵抗値が他よりも大きくなる巻線領域２０１を、巻線領域２０２を含む全巻線領域の端部側に設けた場合の例である。他部の構成は、上記第１、第３の実施形態の場合、またはそれぞれの上記変形形態の場合と同様である。
該第４の実施形態の抵抗器においても、上記第１、第３の実施形態の変形形態の場合と同様の変形形態が考えられる（以下、該変形形態を第４の実施形態の変形形態という）。
【００２０】
上記第４の実施形態または該第４の実施形態の変形形態の抵抗器においても、上記第１、第３の実施形態またはそれらの変形形態の抵抗器と同様の作用・効果が得られる。該第４の実施形態またはその変形形態の抵抗器を、回生電力消費用の抵抗器として用いるモータ駆動用電力変換装置の場合も同様である。
【００２１】
上記実施形態またはその変形形態のうち、巻線領域２０１の抵抗線として素線断面積の小さいものを用いる構成では、該巻線領域２０１における抵抗線の巻線密度をも他より高くする構成としたが、該巻線密度は他の巻線領域２０２と同等かまたはそれ以下とした構成としてもよい。また、上記実施形態またはその変形形態では、本発明の抵抗器を、モータ駆動用電力変換装置の回生電力消費用の抵抗器の場合につき説明したが、本発明の抵抗器はこれ以外の用途に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態としての抵抗器の構成例図である。
【図２】本発明の第２の実施形態としてのモータ駆動用電力変換装置の構成例図である。
【図３】本発明の第３の実施形態としての抵抗器の構成例図である。
【図４】本発明の第４の実施形態としての抵抗器の構成例図である。
【符号の説明】
【００２３】
１００…抵抗器、
１０１、１０１'…抵抗線、
１０２…芯材、
１０３…戻り線、
１０４…引出し線、
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ…接続部、
１０６ａ、１０６ｂ、１０６…筐体、
２０１、２０２…巻線領域、
ｗ１、ｗ２…芯材の幅寸法、
３００…モータ駆動用電力変換装置、
３０１ｕ、３０１ｖ、３０１ｗ…交流電源、
３０２、３０８…接地部、
３０３…コンバータ、
３０４…平滑用コンデンサ、
３０５…スイッチ用トランジスタ、
３０６…インバータ、
３０７…本体ケース、
３１１…モータ、
３１２…負荷。
【図１】
2005340615.tif 000003
【図２】
2005340615.tif 000004
【図３】
2005340615.tif 000005
【図４】
2005340615.tif 000006